Question

18．氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用．请回答下列问题：
（1）肼（N₂H₄）可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N₂O₄反应生成N₂和水蒸气．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（l）△H₁═-19.5kJ•mol^-1
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂═-534.2kJ•mol^-1
写出肼和N₂O₄（l）反应的热化学方程式：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol．
（2）氮的氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：
（Ⅰ）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁ △H₁＜0
（Ⅱ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　K₂ △H₂＜0
①4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，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•min），则平衡后n（Cl₂）=0.025mol，NO的转化率α₁=75%．其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α₂＞　α₁（填“＞”、“＜”或“=”），平衡常数K₂不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．若要使K₂减小，可采取的措施是升高温度．
（3）用生物处理方法除去废水中的氮，其过程是先将大多数有机态氮转化为氨态氮（氨态氮以NH₄⁺表示），然后通过进一步转化成N₂而消除污染．其中一种方法的部分反应为：
2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺   2HNO₂+O₂═2HNO₃
上述方法中氨态氮元素1g转化为硝酸态氮（硝酸态氮以HNO₃表示）时需氧气的质量为4.57g．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ?mol^-1；②N₂H₄（l）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1根据盖斯定律写出肼和N₂O₄反应的热化学方程：②×2-①得到：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g），并以此计算反应热；
（2）①已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根据盖斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），则该反应平衡常数为①的平衡常数平方与②的商；
②测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式计算参加反应NO、氯气的物质的量，进而计算平衡时氯气的物质的量、NO的转化率；
正反应为气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，到达平衡时压强比起始压强小，其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；若要使K₂减小，应使平衡逆向移动；
（3）由2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺和2HNO₂+O₂═2HNO₃得总方程式为 2NH₄⁺+4O₂═2HNO₃+2H₂O+2H⁺，结合方程式计算．

解答 解：（1）①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ?mol^-1；②N₂H₄（l）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1
根据盖斯定律写出肼和N₂O₄反应的热化学方程：②×2-①得到：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常数K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常数K₂ =$\frac{{c}^{2}（ClNO）}{{c}^{2}（NO）c（C{l}_{2}）}$，
①由盖斯定律可知4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）}$，计算得到K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
②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%；
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，压强增大，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，若要使K₂减小，平衡逆向进行，反应是放热反应，依据平衡移动原理应升高温度，平衡逆向进行；
故答案为：0.025；75%；＞；不变；升高温度；
（3））①由2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺和2HNO₂+O₂═2HNO₃得
     2NH₄⁺+4O₂═2HNO₃+2H₂O+2H⁺
      36        128
      1g        4.57g
故氨态氮元素1g转化为硝酸态氮（硝酸态氮以HNO₃表示）时需氧气的质量为4.57g，
故答案为：4.57．

点评 本题综合考查了化学反应与能量变化以及化学平衡的计算，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目难度不大，注意把握平衡常数的计算以及盖斯定律的应用．