Question

2．氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要應用，回答下列問題
Ⅰ．汽車尾氣會影響空氣質(zhì)量，利用催化技術(shù)可以將汽車尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂，其反應為：2NO（g）+2CO（g）?催化劑2CO₂（g）+N₂（g）．
為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間（s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）（mol•L-1）	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c（CO）（mol•L-1）	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則該反應的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）1至3s的平均反應速率v（N₂）=1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1，該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=5000L•mol^-1
（3）該溫度下，在體積恒為10L的三個密閉容器中分別充入下列物質(zhì)，反應達到平衡后，N₂的體積分數(shù)最小的是c（填序號）
a.0.1molNO、0.1molCO、0.1molCO₂、0.04molN₂ b.0.2molNO、0.2molCO c．c0.21molCO₂、0.09molN₂
（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑比表面積了提高化學反應速率，為了分別探究溫度、催化劑比表面積對對化學反應速率的影響規(guī)律（不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響），某同學設計了三組探究實驗，實驗條件及結(jié)果見下表：

實驗編號	T（℃）	NO初始濃（mol•L-1）	催化劑的比表面積（m2•g-1）	NO平衡濃度（mol•L-1）
甲	280	1.80×10-3	82	0.60×10-3
乙	280	1.80×10-3	124	c（乙）
丙	T（丙）	1.80×10-3	124	0.98×10-3

其中T（丙）＞280（填“＞”“＜”或“=”），c（乙）=0.60×10^-3
Ⅱ．N₂H₄可作為火箭發(fā)射的燃料，NO₂作氧化劑，發(fā)生反應時生成氮氣和氣態(tài)水，已知2gN₂H₄（g）完全發(fā)生上述反應時共放出35.5kJ熱量，試寫出該反應的熱化學方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1136kJ•mol^-1．
如果利用該反應設計成堿性燃料電池，工作時，電池負極的電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
若用該電池做電源使用惰性電極熔融Na₂SO₄，電解池中陽極的電極反應式為2SO₄^2--4e^-=2SO₃+O₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據(jù)反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0來分析該反應的焓變；
（2）根據(jù)化學反應速率V=$\frac{△c}{△t}$來計算解答；平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，根據(jù)該溫度下達化學平衡時各物質(zhì)平衡時濃度及化學平衡常數(shù)的概念來計算；
（3）按化學計量數(shù)將已知物質(zhì)的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)化到方程式右邊物質(zhì)，然后進行比較；
（4）該實驗是驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，所以甲、乙是只改變催化劑表面積，乙、丙只改變溫度；
Ⅱ．根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算2gN₂H₄的物質(zhì)的量，再根據(jù)熱化學方程式書寫原則書寫熱化學方程式；肼-氧氣堿性燃料電池中，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，用該電池做電源使用惰性電極熔融Na₂SO₄，電解池中陽極硫酸根離子放電生成三氧化硫和氧氣．

解答 解：Ⅰ．（1）因該反應2NO（g）+2CO（g）2CO₂（g）+N₂（g）中氣體減少，△S＜0，由反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發(fā)進行，放熱反應中△H＜0，
故答案為：＜；
（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知3s內(nèi)NO濃度的變化量為1.00×10^-3-1.50×10^-4=8.50×10^-4，則υ（NO）=$\frac{8.5×1{0}^{-4}}{3}$mol•L^-1•s^-1；由化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則υ（N₂）=$\frac{1}{2}$υ（NO）≈1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1；
由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達到化學平衡，則
                             2NO+2CO   2CO₂ +N₂，
開始（mol/L） 1.00×10^-3 3.60×10^-3                  0           0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡（mol/L）1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
則平衡常數(shù)K=$\frac{C（{N}_{2}）×{C}^{2}（C{O}_{2}）}{{C}^{2}（NO）×{C}^{2}（CO）}$=$\frac{（4.5×1{0}^{-4}）×（9×1{0}^{-4}）^{2}}{（1.00×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000，
故答案為：1.42×10^-4；5000；
（3）按化學計量數(shù)將已知物質(zhì)的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)化到方程式右邊物質(zhì)
a.0.1molNO、0.1molCO、0.1molCO₂、0.04molN₂相當于0.2molCO₂、0.09molN₂；
b.0.2molNO、0.2molCO 相當于0.2molCO₂、0.1molN₂；
c．0.21molCO₂、0.09molN₂；
相同條件下，ab比較，a的N₂含量小，ac比較C的N₂含量小，
故答案為：C；
（4）該實驗是驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，則物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個變量，所以甲、乙是只改變催化劑表面積，c（乙）=0.60×10^-3mol•L^-1，乙、丙只改變溫度，丙組：NO平衡濃度（mol•L^-1）=0.98×10^-3＞0.60×10^-3．　該反應正反應為放熱，所以丙溫度高于甲，
故答案為：＞；=；
Ⅱ．2gN₂H₄的物質(zhì)的量為$\frac{2g}{32g/mol}$=$\frac{1}{16}$mol，與二氧化氮反應生成氮氣與氣態(tài)水放出35.5kJ的熱量，1mol液態(tài)肼與足量液態(tài)雙氧水反應時放出的熱量16×35.5kJ=568KJ，則熱化學方程式為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1136kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1136kJ•mol^-1；
肼-氧氣堿性燃料電池中，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正極發(fā)生還原反應，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，若用該電池做電源使用惰性電極熔融Na₂SO₄，電解池中陽極硫酸根離子放電生成三氧化硫和氧氣，電極反應式為：2SO₄^2--4e^-=2SO₃+O₂↑，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；2SO₄^2--4e^-=2SO₃+O₂↑．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的移動，原電池與電解池等知識，題目難度較大，注意把握電極方程式的書寫以及平衡移動原理的應用．