Question

14．氮单质及其化合物在自然界及人类的活动中有着重要的作用．已知下列反应（其中K为平衡常数）：
N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）△H₁ K₁ （Ⅰ）
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂、K₂ （Ⅱ）
2N₂H₄（l）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₃ K₃ （Ⅲ）
（1）肼（N₂H₄）是一种可燃性液体；可作火箭燃料，其反应可表示为N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄ K₄，则平衡常数K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$（用K₁、K₂、K₃表示），△H₄==$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）在机动车内燃机气缸中进行上述反应（Ⅰ），一定温度下，向容积为2L的密闭容器中通入2.00mol N₂和2.00mol O₂，经2h反应达到平衡，测得c（NO）=0.04 mol•L^-1.2h内反应速率v（O₂）=0.01mol•L^-1•h^-1，N₂的平衡转化率α=2%，该温度下，反应的平衡常数K=0.0017．
在该温度下，向容积为10L的密闭容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，此时反应（Ⅰ）b（填字母序号）．
a．达到平衡状态       b．向正反应方向进行
c．向逆反应方向进行   d．无法判断
（3）常温下，将0.1mol•L^-1 N₂H₄•H₂O溶液（肼与氨类似）与0.1 mol•L^-1 HCl溶液等体积混合（忽略混合后溶液体积的变化），若测得混合溶液的pH=6，则混合溶液中由水电离出的c（H⁺）=10^-6mol•L^-1，溶液中N₂H₅⁺，Cl^-，OH^-，H⁺的浓度大小关系为c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）将方程式$\frac{I+II+III}{2}$得N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$，K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$；
（2）v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.04mol/L}{2h}$=0.02mol/（L．h），反应速率之比等于计量数之比，据此计算氧气反应速率；
         N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）
开始（mol/L）1.0    1.0      0
反应（mol/L）0.02   0.02     0.04
平衡（mol/L）0.98     0.98    0.04
氮气转化率=$\frac{0.02mol/L}{1.0mol/L}×100%$；
化学平衡常数K=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.9{8}^{2}}$；
在该温度下，向容积为10L的密闭容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，则c（NO）=2.94×10^-4mol/L、c（N₂）=2.50×10^-2mol/L、c（O₂）=4.00×10^-3mol/L，根据浓度商和化学平衡常数相对大小判断反应方向；
（3）二者恰好反应生成强酸弱碱盐，弱离子阳离子水解导致溶液呈酸性，根据电荷守恒判断离子浓度大小顺序．

解答 解：（1）将方程式$\frac{I+II+III}{2}$得N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$，K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$，
故答案为：$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$；=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$；
（2）v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.04mol/L}{2h}$=0.02mol/（L．h），反应速率之比等于计量数之比，则v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L．h）=0.01mol/（L．h）；
         N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）
开始（mol/L）1.0    1.0      0
反应（mol/L）0.02   0.02     0.04
平衡（mol/L）0.98     0.98    0.04
氮气转化率=$\frac{0.02mol/L}{1.0mol/L}×100%$=2%；
化学平衡常数K=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.9{8}^{2}}$=0.0017；
在该温度下，向容积为10L的密闭容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，则c（NO）=2.94×10^-4mol/L、c（N₂）=2.50×10^-2mol/L、c（O₂）=4.00×10^-3mol/L，浓度商=$\frac{2.94×1{0}^{-4}×2.94×1{0}^{-4}}{2.5×1{0}^{-2}×4×1{0}^{-3}}$=8.6×10^-4＜K，则平衡正向移动；
故答案为：0.01；2%；0.0017；b；
（3）二者恰好反应生成强酸弱碱盐，溶液中氢离子全部来自于水电离，所以该溶液中水电离出的c（H⁺）=10^-6mol/L，弱离子阳离子水解导致溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），盐类水解较微弱，根据电荷守恒得c（N₂H₅⁺）＜c（Cl^-），则离子浓度大小顺序是c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：10^-6；c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

点评 本题考查较综合，涉及盐类水解、化学平衡常数有关计算、盖斯定律等知识点，为高频考点，难点是平衡移动方向判断，注意利用浓度商与化学平衡常数相对大小判断反应方向，题目难度不大．