Question

18．工业上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以进一步制备联氨（N₂H₄）等．
（1）火箭常用N₂H₄作燃料，N₂O₄作氧化剂．已知：
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
NO₂（g）?$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•mol^-1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：
2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ•mol^-1．
（2）联氨--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的氢氧化钾溶液．该电池放电时，正极的电极反应式为O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-．
（3）在300℃时，改变起始反应物中氢气的物质的量对反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的影响如图所示．
①请在图中画出400℃时对应的图象．
②在a、b、c三点中，H₂的转化率最高的是a（填字母）．
（4）硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂．
若在标准状况下有NO、NO₂的混合气体（不考虑N₂O₄）恰好与50mL 1． 0mol•L^-1的Na₂CO₃溶液反应完全，且生成NaNO₂和NaNO₃的物质的量的比为4：1，则在混合气体中NO气体的体积分数为多少？（请写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行适当的加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减；
（2）燃料电池的正极是燃料空气中的氧气得电子发生还原反应，即O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-；
（3）①温度对化学平衡移动的影响，升高温度化学平衡向逆反应移动氨气的平衡百分含量减少；
②化学平衡转化率的考查，对多种物质参加反应，改变其中一种物质，对另一物质转化率的影响；
（4）由反应转化关系知，反应过程中钠元素守恒，设NaNO₂和NaNO₃的物质的量分别为4a mol和a mol，
则4a+a=50mL×10^-3mL•L^-1×1.0 mol•L^-1×2，
解得：a=0.02 mol，
则2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
0.04mol 0.02mol 0.02mol
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂
0.03mol 0.03mol 0.06mol
于是，推出NO、NO₂的物质的量分别为：0.03 mol、0.07 mol，由此分析解答．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
③NO₂（g）?$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②×2-①-③×2得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-534.0kJ•mol^-1）-67.7kJ•mol^-1-2×（-26.35kJ•mol^-1）=-1083kJ•mol^-1，
故热化学方程式为2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ•mol^-1；
（2）燃料电池的正极是燃料空气中的氧气得电子发生还原反应，1mol氧气得到4mol电子，结合2mol电子生成4molOH^-，故答案为：O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-；
（3）①正反应是放热反应，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以当温度升高时氨气的含量降低，故图象为，故答案为：．
②在可逆反应A+B?C中增加一种反应物A的量，等于提高另一种反应物B的转化率，而A本身的转化率反而降低，所以氢气的量越小，H₂的转化率最高，故答案为：a；
（4）由反应转化关系知，反应过程中钠元素守恒，设NaNO₂和NaNO₃的物质的量分别为4a mol和a mol，
则4a+a=50mL×10^-3mL•L^-1×1.0 mol•L^-1×2，
解得：a=0.02 mol，
则2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
0.04mol 0.02mol 0.02mol
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂
0.03mol 0.03mol 0.06mol
于是，推出NO、NO₂的物质的量分别为：0.03 mol、0.07 mol，
即：NO所占的体积分数为$\frac{0.03}{0.1}$×100%=30%．
答：NO的体积分数为30%．

点评 本题考查利用盖斯定律进行反应热计算、燃料电池电极反应方程式的书写，以及化学平衡原理的考查，也体现了利用所学课本知识能够学以致用，该题基础性强，难度中等，注意电极反应式的书写，为易错点、难点．