Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）氮元素與氫元素可組成多種微粒，如NH₃、NH₄⁺、肼（N₂H₄）等．分析常見(jiàn)的H₂O與H₂O₂、CH₄與C₂H₆的分子結(jié)構(gòu)，寫出N₂H₄的電子式

 

．NH₃與NaClO反應(yīng)可得到N₂H₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；
（2）如圖是工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程示意圖．

①A、B、C、D四個(gè)容器中的反應(yīng)，屬于氧化還原反應(yīng)的是

 

（填字母）．
②某化肥廠用氨氣制硝酸銨，已知氨氣制NO的產(chǎn)率是96%，NO制硝酸的產(chǎn)率是92%，則制硝酸所用的氨氣的質(zhì)量占總氨氣質(zhì)量的

 

%（不考慮生產(chǎn)中的其它損耗�。�．
（3）科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃．進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應(yīng)時(shí)間3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6 mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相應(yīng)的化學(xué)方程式：N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
回答下列問(wèn)題：
①該反應(yīng)在較低溫度下能否自發(fā)進(jìn)行？

 

；
②從323K到353K，氨氣的生成量減少的原因

 

．
（4）在25℃下，將a mol?L^-1的氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)時(shí)溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）．用含a的代數(shù)式表示NH₃?H₂O的電離常數(shù)K_b=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電子式,氧化還原反應(yīng),反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）N₂H₄為共價(jià)化合物，分子中存在4個(gè)氮?dú)滏I，氮原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，據(jù)此寫出其電子式；氨氣與次氯酸鈉反應(yīng)生成N₂H₄和氯化鈉，根據(jù)化合價(jià)升降相等配平反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)ABCD的反應(yīng)中是否有化合價(jià)變化判斷是否屬于氧化還原反應(yīng)；
②根據(jù)NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，利用氮原子守恒來(lái)計(jì)算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反應(yīng)生成NH₄NO₃來(lái)計(jì)算氨氣的量，最后計(jì)算制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)；
（3）①當(dāng)△G=△H-T?△S＜0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；
②該正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，氨的含量應(yīng)增大，但從323K到353K，氨氣的生成量減少，只能是發(fā)生了其他反應(yīng)；
（4）根據(jù)溶液的pH值計(jì)算溶液中c（OH^-），根據(jù)氯離子濃度計(jì)算c（NH₄⁺），利用物料守恒計(jì)算溶液中c（NH₃?H₂O），代入NH₃?H₂O的電離常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

解答： 解：（1）根據(jù)H₂O與H₂O₂、CH₄與C₂H₆的分子結(jié)構(gòu)可知，N₂H₄的電子式中存在4個(gè)氮?dú)滏I，氮原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其電子式為：；氨氣與次氯酸鈉反應(yīng)生成N₂H₄，次氯酸中氯元素有+1價(jià)變?yōu)?1價(jià)的氯離子，化合價(jià)降低了2價(jià)，氨氣的氮元素化合價(jià)有-3價(jià)升高為-2價(jià)，升高了1價(jià)，所以氨氣的計(jì)量數(shù)為2，次氯酸鈉的計(jì)量數(shù)為1，根據(jù)觀察法配平后的反應(yīng)方程式為：2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：；2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O；
（2）①反應(yīng)A為氮?dú)馀c氫氣合成氨的反應(yīng)，該反應(yīng)中有化合價(jià)變化，屬于氧化還原反應(yīng)；
反應(yīng)B為氨氣的催化氧化，氨氣中氮元素有-3價(jià)升高到一氧化氮中的+2價(jià)，該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)；
反應(yīng)C為NO與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)；
反應(yīng)D為氨氣與硝酸反應(yīng)生成硝酸銨，該反應(yīng)中沒(méi)有化合價(jià)變化，不屬于氧化還原反應(yīng)；
所以屬于氧化還原反應(yīng)的為：ABC，
故答案為：ABC；
②由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8832mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，
則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為：

1mol

1mol+0.8832mol

×100%=53.1%，
故答案為：53.1；
（3）①因該反應(yīng)的△H＞，△S＞0，根據(jù)△G=△H-T?△S＜0反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，故低溫時(shí)△G＞0，所以低溫時(shí)不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：不能；
（2）根據(jù)N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1，此正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，氨的量應(yīng)增加，從303K-323K，符合平衡移動(dòng)規(guī)律，但從323K-353K，氨的量隨溫度的升高而降低，不符合平衡移動(dòng)原理，只能是發(fā)生了其他反應(yīng)，即在高溫下，氨氣易被氧氣氧化生成一氧化氮和水，
故答案為：氨氣在高溫下被氧氣氧化；
（4）溶液中存在電荷守恒，c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于c（NH₄⁺）=c（Cl^-），故c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.01mol?L^-1=0.005mol?L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

×amol?L^-1-0.005mol?L^-1=（0.5a-0.005）mol/L，NH₃?H₂O的電離常數(shù)K_b=

10-7×0.005

0.5a-0.005

=

10-9

a-0.01

，
故答案為：

10-9

a-0.01

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電子式的書寫、氧化還原反應(yīng)的判斷、電離平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)方程式的書寫等知識(shí)，題目難度稍大，試題題量較大，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．