Question

20．氮可形成多种氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
（1）电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是NH₃，理由是：根据反应：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，电解产生的硝酸多，需补充NH₃．
（2）实验室可用NaOH溶液吸收NO₂，反应为2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O．含0.2mol NaOH的水溶液与0.2mol NO₂恰好完全反应得1L溶液A，溶液B为0.1mol/L的CH₃COONa溶液，则两溶液中c（NO₃?）、c（NO₂?）和c（CH₃COO?）由大到小的顺序为c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-）（已知HNO₂的电离常数K_a=7.1×10^-4mol/L，CH₃COOH的电离常数K_a=1.7×10^-5mol/L）．可使溶液A和溶液B的pH相等的方法是bc．
a．向溶液A中加适量水       b．向溶液A中加适量NaOH
c．向溶液B中加适量水       d．向溶液B中加适量NaOH
（3）100℃时，将0.400mol 的NO₂气体充入2L抽空的密闭容器中，发生反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表所示数据．

时间/s	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①在上述条件下，从反应开始直至20s时，二氧化氮的平均反应速率为0.15mol/（L．min）；n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），该反应的平衡常数的值为2.8．
②若在相同条件下，最初向该容器充入的是N₂O₄气体，达到上述同样的平衡状态，则N₂O₄的起始浓度是0.1mol/L；假设从放入N₂O₄到平衡时需要80s，则达到平衡时四氧化二氮的转化率为60%．

Answer 1

分析 （1）电解NO制备NH₄NO₃，由图可知，乙为阳极反应为：5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20H⁺，甲为阴极反应为：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，电池总反应方程式为：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃；
（2）0.2mol NaOH的水溶液与0.2mol NO₂恰好完全反应得1L溶液A，由2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O，得到溶液A中NaNO₃物质的量浓度为0.1mol/L，NaNO₂物质的量为0.1mol/L；
HNO₂的电离常数K_a=7.1×10^-4mol•L^-1，CH₃COOH的电离常数K_a=1.7×10^-5mol•L^-1，说明CH₃COOH酸性小于HNO₂的酸性，溶液中醋酸根离子水解程度小于亚硝酸根离子水解程度，溶液B碱性大于A溶液；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂O₄），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（NO₂）；
60min、80min时N₂O₄的物质的量相等，说明60min时，反应到达平衡；
平衡时，N₂O₄的浓度为$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，NO₂的浓度是$\frac{0.4mol}{2L}$-0.04mol/L×2=0.12mol/L，再根据K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$计算平衡常数；
②若在相同条件下，最初向该容器充入的是N₂O₄气体，达到上述同样的平衡状态，为等效平衡，则N₂O₄完全转化可以得到0.4molNO₂，平衡时N₂O₄的物质的量相等．

解答 解：（1）电解NO制备NH₄NO₃，由图可知，乙为阳极反应为：5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20H⁺，甲为阴极反应为：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，电池总反应方程式为：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，电解产生的硝酸多，需补充NH₃，
故答案为：NH₃；根据反应：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，电解产生的硝酸多，需补充NH₃；
（2）0.2mol NaOH的水溶液与0.2mol NO₂恰好完全反应得1L溶液A，由2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O，得到溶液A中NaNO₃物质的量浓度为0．mol/L，NaNO₂物质的量为0.1mol/L，溶液B为0.1mol•L^-1的CH₃COONa溶液；
HNO₂的电离常数K_a=7.1×10^-4mol•L^-1，CH₃COOH的电离常数K_a=1.7×10^-5mol•L^-1，说明CH₃COOH酸性小于HNO₂的酸性，溶液中醋酸根离子水解程度小于亚硝酸根离子水解程度，溶液B碱性大于A溶液，两溶液中c（NO₃^-）、c（NO₂^-）和c（CH₃COO^-）由大到小的顺序为c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-），
a．溶液B碱性大于A溶液，向溶液A中加适量水，稀释溶液，碱性减弱，不能调节溶液pH相等，故a错误；
b．向溶液A中加适量NaOH，增大碱性，可以调节溶液pH相等，故b正确；
c．向溶液B中加适量水，稀释溶液碱性减弱，可以调节溶液pH相等，故c正确；
d．溶液B碱性大于A溶液，向溶液B中加适量NaOH，溶液pH更大，故d错误；
故答案为：c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-）；bc．
（3）①20s内v（N₂O₄）=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{\frac{1}{3}min}$=0.075mol/（L．s），速率之比等于化学计量数之比，v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.15mol/（L．min）；
60min、80min时N₂O₄的物质的量相等，说明60min时，反应到达平衡，所以n₃=n₄；
平衡时，N₂O₄的浓度为$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，NO₂的浓度是$\frac{0.4mol}{2L}$-0.04mol/L×2=0.12mol/L，故平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8，
故答案为：0.15；=；2.8；
②若在相同条件下，最初向该容器充入的是N₂O₄气体，达到上述同样的平衡状态，为等效平衡，则N₂O₄完全转化可以得到0.4molNO₂，则N₂O₄的起始物质的量为$\frac{1}{2}$×0.4mol=0.2mol，N₂O₄的起始浓度为$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，平衡时N₂O₄的物质的量为0.08mol，故N₂O₄的转化率为$\frac{0.2mol-0.08mol}{0.2mol}$×100%=60%，
故答案为：0.1；60%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数、盐类水解、离子浓度大小比较、电解原理等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力，难度中等．