Question

10．2015年3月，全国“两会”代表委员就我国“雾霾”治理积极建言献策．科学家研究表明氮氧化物与悬浮在大气中的盐粒子相互作用时能产生“二次雾霾”，涉及的反应有：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）      K₁ （Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）                K₂ （Ⅱ）
回答下列问题：
（1）写出反应（Ⅰ）的平衡常数表达式K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）恒温恒容条件下，反应（Ⅱ）达到平衡的标志是ab．
a．体系压强保持不变             b．混合气体颜色保持不变
c．NO和ClNO的物质的量相等    d．每消耗0.1mol NO的同时消耗0.05mol Cl₂
（3）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，恒温时向2L密闭容器中加入 0.2mol NO和0.1molCl₂：
①在恒容条件下反应10min达到平衡，测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3 mol•L^-1•min^-1，则NO的平衡转化率α₁=75%．
②在恒压条件下建立平衡时NO的转化率为α₂，则α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K₂不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）工业上可通过电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，阴极反应式为NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充气体物质A，A的化学式是NH₃．
（5）NO₂可助偏二甲肼（C₂H₈N₂）燃烧，产生的巨大能量能把火箭送入太空．已知6.0g液态偏二甲肼与液态NO₂完全反应生成N₂、CO₂、H₂O（g）放出225.0kJ的热量．写出该反应的热化学方程式C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依据化学平衡常数概念，结合反应化学方程式书写平衡常数，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（2）反应达到正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，以及选项的分析判断，原则为变量不变证明反应达到平衡状态；
（3）①依据平衡三段式列式计算，依据反应速率概念计算V=$\frac{△c}{△t}$、转化率概念的计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化，平衡常数随温度变化；
（4）工业上电解NO制备 NH₄NO₃，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO₃^-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH₄⁺，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，结合电极方程式解答该题；
（5）根据物质的物质的量与热量成正比计算费用焓变，结合热化学方程式的书写方法标注物质聚集状态和对应反应的焓变书写．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），固体不写入平衡常数表达式，反应的平衡常数K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
故答案为：$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（2）恒温恒容条件下，反应（Ⅱ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）是气体体积减小的反应；
a．反应前后气体物质的量减小，体系压强保持不变，说明反应达到平衡状态，故a正确；         
b．平衡状态氯气是黄绿色气体，混合气体颜色保持不变说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．NO和ClNO的物质的量相等是反应的定量关系，在反应过程中和平衡状态下和起始量有关，不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．每消耗0.1mol NO的同时消耗0.05mol Cl₂，只能说明反应正向进行，不能说明正逆反应速率相同，故d错误；
故答案为：ab；
（3）①在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡，测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物质的量为7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
                       2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2            0.1              0
变化量（mol） 0.15        0.075           0.15
平衡量（mol） 0.05        0.025           0.15
则平衡后n（Cl₂）=0.025mol，
NO的转化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
故答案为：75%；
②其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化；
故答案为：＞； 不变；
（4）电解NO制备NH₄NO₃，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO₃^-的物质的量大于阴极产生的NH₄⁺的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充NH₃，
故答案为：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O； NH₃；
（5）6.0g即0.1mol液态偏二甲肼与足量的液态四氧化二化氮完全反应生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出225.0kJ的热量，所以1mol液态偏二甲肼与足量的液态四氧化二化氮完全反应生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出2250kJ的热量，则热化学方程式为：C₂H₈N₂+2N₂O₄（l）=3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250kJ/mol；
故答案为：C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

点评 本题考查了化学平衡常数、化学平衡标志的分析应用，化学平衡转化率计算，影响化学平衡因素分析，原电池原理应用，热化学方程式书写方法，掌握基础是关键，题目难度中等．