Question

科研及生产中常涉及氮及其化合物．
硝酸工业的重要反应之一是2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）．800℃时在2L密闭容器中加入0.020mol NO和0.01molO₂，n（NO）随时间的变化如下表：

时间（s）	0	1	2	3	4	5
5n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.006	0.004	0.004	0.004

（1）硝酸工业的重要反应之一是2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）．800℃时在2L密闭容器中加入0.020mol NO和0.01molO₂，n（NO）随时间的变化如下表：
①800℃时该反应的平衡常数K=

 

已知反应的平衡常数K（700℃）＞K（800℃），则该反应是

 

热反应．
②0～2s内该反应的平均速率v（O₂）=

 

．下列能说明该反应已经达到平衡状态的是

 

．
a．v（NO₂）=2v（O₂）  b．容器内压强保持不变  c．v_逆（NO）=2v_正（O₂） d．容器内的密度保持不变
③为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是

 

．
a．及时分离出NO₂气体  b．适当升高温度c．增大O₂的浓度  d．选择高效的催化剂
（2）肼（N₂H₄）可用做发射卫星的火箭燃料．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ?mol^-1
写出气态肼和NO₂生成氮气和水蒸气的热化学方程式

 

．
（3）肼一空气燃料电池的电解质溶液是20%～30%的KOH溶液，反应方程式是：N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，该燃料电池的负极电极反应式是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）①依据化学平衡三段式解释计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到，温度越高平衡常数越小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应；
②依据图表数据计算一氧化氮的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式系数之比计算氧气反应速率；反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，个组成含量不变，分析“变量不变”来判断选项；
③反应是气体体积减小的放热反应，依据化学平衡移动原理分析判断；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式：
（3）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，依据电解质溶液中的离子减小电荷配平书写电极反应．

解答： 解：（1）①800℃时在2L密闭容器中加入0.020mol NO和0.010mol O₂，
               2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）
起始量（mol/L） 0.01    0.005    0
变化量（mol/L） 0.008   0.004    0.008
平衡量（mol/L） 0.002   0.001    0.008
平衡常数K=

0.0082

0.0022×0.001

=16000L?mol^-1；
反应的平衡常数K（700℃）＞K（800℃），温度升高平衡常数减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应是放热反应，
故答案为：16000L?mol^-1；放；
②0～2s内该反应的平均速率v（O₂）=

1

2

V（NO）=

1

2

×

0.01mol/L-0.003mol/L

2s

=1.75×10^-3mol?L^-1?s^-1；
下列能说明该反应已经达到平衡状态的判断依据，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量不变，分析“变量不变”来判断选项；
a．速率之比等于化学方程式系数之比，v（NO₂）=2v（O₂）表示的是正反应速率之比，不能说明反应达到平衡，故a错误；
b．反应前后是气体体积变化的反应，容器内压强保持不变，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．速率之比等于化学方程式系数之比，v（NO₂）=2v（O₂）表示的是正反应速率之比，v_逆（NO）=2v_正（O₂），说明一氧化氮的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故c正确；
d．反应前后气体质量不变，容器体积不变，密度始终不变，容器内的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：1.75×10^-3mol?L^-1?s^-1；bc；
③为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的；
a．及时分离出NO₂气体，平衡正向进行，但反应速率减小，故a不符合；
b．反应是放热反应，适当升高温度，速率增大，但平衡逆向进行，故b不符合；
c．增大O₂的浓度平衡正向进行，反应速率增大，故c符合；
d．选择高效的催化剂只能改变反应速率不能改变平衡，故d不符合；
故答案为：c；
（2）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ?mol^-1
由盖斯定律计算②×2-①得到气态肼和NO₂生成氮气和水蒸气的热化学方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1153.7kJ?mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1153.7kJ?mol^-1；
（3）N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，强碱溶液中发生的原电池反应中，燃料在负极失电子发生氧化反应，该燃料电池的负极电极反应式是N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．

点评：本题考查了化学平衡常数计算，平衡影响因素分析判断，平衡标志的理解应用，反应速率平衡常数计算、原电池原理的分析应用、盖斯定律计算是解题关键，题目难度中等．