Question

6．氮元素可以形成多種氫化物，如NH₃、N₂H₄等．
（1）據(jù)報道，2016年中國將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，并發(fā)射“神舟十一號”載人飛船和“天舟一號”貨運飛船，與“天宮二號”交會對接．火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N₂H₄）作燃料，N₂O₄作氧化劑．
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
寫出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氨氣和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）₂]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如下所示：

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

①該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②已知原料氣中的氨碳比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]為x，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為a，在一定溫度和壓強(qiáng)下，a與x的關(guān)系如圖所示．a(chǎn)隨著x的增大而增大的原因是增大c（NH₃），平衡正向移動，從而提高CO₂的轉(zhuǎn)化率．圖中A點處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為42%．
（3）①在氫水加水稀釋的過程中，NH₃•H₂O的電離程度增大（填“增大”、“減小”或“不變”，下同），$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$的值不變．
②室溫下，amol•L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液的pH=5，原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用離子方程式表示），該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$（用含a的數(shù)學(xué)表達(dá)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
根據(jù)蓋斯定律，③×2-[②+④+①]可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)計算；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明升高溫度平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②增大氨氣濃度平衡正向進(jìn)行，從而提高CO₂的轉(zhuǎn)化率；
A點處x=3，原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比為3，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為63%，假設(shè)氨氣為3mol，二氧化碳為1mol，則反應(yīng)的二氧化碳為0.63mol，根據(jù)方程式計算消耗的氨氣物質(zhì)的量，進(jìn)而計算氨氣轉(zhuǎn)化率；
（3）①在氨水加水稀釋的過程中，NH₃．H₂O的電離程度增大；
$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ka}{Kw}$，溫度不變電離平衡常數(shù)不變，水的離子積常數(shù)不變；
②溶液中NH₄⁺水解，破壞水的電離平衡，溶液顯酸性；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），代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$計算．

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
根據(jù)蓋斯定律，③×2-[②+④+①]可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明升高溫度平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；
②由圖可知，增大氨氣濃度平衡正向進(jìn)行，從而提高CO₂的轉(zhuǎn)化率；
A點處x=3，原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比為3，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為63%，假設(shè)氨氣為3mol，二氧化碳為1mol，則反應(yīng)的二氧化碳為0.63mol，由2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l），可知反應(yīng)的氨氣為1.26mol，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.26mol}{3mol}$×100%=42%
故答案為：增大c（NH₃），平衡正向移動，從而提高CO₂的轉(zhuǎn)化率；42%；
（3）①在氨水加水稀釋的過程中，NH₃．H₂O的電離程度增大；
$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ka}{Kw}$，溫度不變電離平衡常數(shù)不變，水的離子積常數(shù)不變，故稀釋過程中比值不變，
故答案為：增大；不變；
②溶液中NH₄⁺水解：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，破壞水的電離平衡，溶液顯酸性；
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，平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$，
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；$\frac{1{0}^{-5}×（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）}{（2a-1{0}^{-5}+1{0}^{-9}）}$．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、熱化學(xué)方程式書寫、弱電解質(zhì)電離、鹽類水解等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．