Question

氮及其化合物如NH₃及铵盐、N₂H₄、N₂O₄等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。

（1）发射航天火箭常用肼(N₂H₄)与N₂O₄作燃料与助燃剂。肼(N₂H₄)与N₂O₄的反应为2N₂H₄(1)+N₂O₄(g)=3N₂(g)+4H₂O(g)  △H = -1077 kJ/mol

已知相关反应的化学键键能数据如下：

则使1 mol N₂O₄(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是__________ 。

（2）N₂O₄与NO₂之间存在反应N₂O₄(g)2NO₂(g)。将一定量的N₂O₄放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率[α(N₂O₄)]随温度的变化如图所示。

①由图推测该反应△H_______0（填“>”或“<”），理由为______________ 。

②图中a点对应温度下，己知N₂O₄的起始压强p₀为108 kPa，则该温度下反应的平衡常数为：K_p=_____________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数,取四位有效数字）。

③在一定条件下，该反应N₂O₄、NO₂的消耗速率与自身压强间存在关系：v(N₂O₄)=k₁p(N₂O₄)，v(NO₂)=k₂p²(NO₂)，其中k₁、k₂是与反应温度有关的常数。相应的速率－压强关系如图所示，一定温度下，k₁、k₂与平衡常数K_p的关系是k₁=________，在下图标出的点中，能表示反应达到平衡状态的点为______。

（3）电解NO₂制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示。

①阳极的电极反应式为_______________________。

②为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，则A的化学式为___________。

Answer

1941 kJ > 温度升高，α（N2O4）增加，说明平衡右移。该反应为吸热反应，△H>0 115.2KPa B点与D点 NO2-e-+H2O=NO3-+2H+ NH3

【解析】（1）根据反应的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能计算；

（2）①根据温度对平衡状态的影响结合图象分析判断焓变；

②根据反应方程式计算平衡时体系中N2O4和NO2的分压，代入化学平衡常数表达式计算分压平衡常数；

③当达到化学平衡时满足v正=v逆，据此求算化学平衡常数表达式，根据消耗速率2v（N2O4）=v（NO2）判断化学平衡的点；

（3）①电解池阳极发生氧化反应，根据原理图分析，NO2在阳极失去电子转化为NO3-，据此写出阳极的电极反应式；

②根据反应式判断A物质。

（1）△H=8E（N-H）+2E（N-N）+E（N2O4）-3E（N≡N）-8（O-H）=-1077kJ/mol，将表中数据带入即可解得E（N2O4）=1941kJ/mol，即使1 mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是1941kJ；

（2）①根据图象分析，随着温度升高，N2O4的平衡转化率增大，说明升高温度有利于反应正向进行，所以焓变△H＞0；

②N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)，a点起始时N2O4的压强为108kPa，N2O4的平衡转化率为40%，则

N2O4(g)2NO2(g)

起始量（mol） 1 0

转化量（mol） 0.4 0.8

平衡量（mol） 0.6 0.8

则平衡时压强为1.4p0

所以反应的分压平衡常数为Kp=p2(NO2)/p(N2O4)=；

③当达到化学平衡时满足v正=v逆，即消耗速率2v（N2O4）=v（NO2），又有v（N2O4）=k1p（N2O4），v（NO2）=k2p2（NO2），则k1、k2与平衡常数Kp的关系为k1=；根据2v（N2O4）=v（NO2），则可以表示化学平衡的点为B点和D点；

（3）①电解池阳极发生氧化反应，根据原理图分析，NO2在阳极失去电子转化为NO3-，则阳极的电极反应式为：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+；

②阴极反应式为NO2+7e-+8H+＝NH4++2H2O，产生多余的H+，为使NO2电解全部转化为NH4NO3，则需要反应掉H+产生NH4+，所以加入的A物质应为NH3。