Question

6．氮元素可以形成多种氢化物，如NH₃、N₂H₄等．
（1）据报道，2016年中国将发射“天宫二号”空间实验室，并发射“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船，与“天宫二号”交会对接．火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N₂H₄）作燃料，N₂O₄作氧化剂．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ．mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ．mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ．mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ．mol^-1
写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氨气和气态水的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1．
（2）工业上以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO（NH₂）₂]，反应的化学方程式为
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），该反应的平衡常数和温度关系如下所示：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②已知原料气中的氨碳比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]为x，CO₂的平衡转化率为a，在一定温度和压强下，a与x的关系如图所示．a随着x的增大而增大的原因是增大c（NH₃），平衡正向移动，从而提高CO₂的转化率．图中A点处，NH₃的平衡转化率为42%．
（3）①在氢水加水稀释的过程中，NH₃•H₂O的电离程度增大（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$的值不变．
②室温下，amol•L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液的pH=5，原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示），该反应的平衡常数为$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$（用含a的数学表达式表示）．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ．mol^-1
③N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ．mol^-1
④2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ．mol^-1
根据盖斯定律，③×2-[②+④+①]可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g），反应热也进行相应计算；
（2）①由表中数据可知，平衡常数随温度升高减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应；
②增大氨气浓度平衡正向进行，从而提高CO₂的转化率；
A点处x=3，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为3，二氧化碳转化率为63%，假设氨气为3mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.63mol，根据方程式计算消耗的氨气物质的量，进而计算氨气转化率；
（3）①在氨水加水稀释的过程中，NH₃．H₂O的电离程度增大；
$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ka}{Kw}$，温度不变电离平衡常数不变，水的离子积常数不变；
②溶液中NH₄⁺水解，破坏水的电离平衡，溶液显酸性；amol/L的（NH₄）₂SO₄水溶液的pH=5，溶液中c（H⁺）=10^-5，溶液中c（H⁺）=10^-5mol/L，c（NH₃．H₂O）=c（H⁺）-c（OH^-）=（10^-5-10^-9）mol/L，c（NH₄⁺）=2amol/L-c（NH₃．H₂O），代入平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$计算．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ．mol^-1
③N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ．mol^-1
④2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ．mol^-1
根据盖斯定律，③×2-[②+④+①]可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
（2）①由表中数据可知，平衡常数随温度升高减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
②由图可知，增大氨气浓度平衡正向进行，从而提高CO₂的转化率；
A点处x=3，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为3，二氧化碳转化率为63%，假设氨气为3mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.63mol，由2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l），可知反应的氨气为1.26mol，NH₃的平衡转化率=$\frac{1.26mol}{3mol}$×100%=42%
故答案为：增大c（NH₃），平衡正向移动，从而提高CO₂的转化率；42%；
（3）①在氨水加水稀释的过程中，NH₃．H₂O的电离程度增大；
$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ka}{Kw}$，温度不变电离平衡常数不变，水的离子积常数不变，故稀释过程中比值不变，
故答案为：增大；不变；
②溶液中NH₄⁺水解：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，破坏水的电离平衡，溶液显酸性；
amol/L的（NH₄）₂SO₄水溶液的pH=5，溶液中c（H⁺）=10^-5，溶液中c（H⁺）=10^-5mol/L，c（NH₃．H₂O）=c（H⁺）-c（OH^-）=（10^-5-10^-9）mol/L，c（NH₄⁺）=2amol/L-c（NH₃．H₂O）=（2a-10^-5+10^-9）mol/L，平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$．

点评 本题考查化学平衡计算、热化学方程式书写、弱电解质电离、盐类水解等，是对学生综合能力的考查，难度中等．