Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氨和肼（N₂H₄）是氮的兩種常見化合物，在科學技術和生產(chǎn)中有重要的應用．
Ⅰ．（1）N₂H₄中的N原子最外層達到8電子穩(wěn)定結構，寫出N₂H₄的結構式

 

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（2）NH₃與NaClO反應可得到肼（N₂H₄），該反應的化學方程式為

 

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（3）肼是一種高能燃料，有關化學反應的能量變化如圖所示，寫出肼燃燒的熱化學方程式

 

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Ⅱ．氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
在3個體積均為2L的密閉容器中，在相同的溫度下，使用相同的催化劑合成氨，實驗測得反應在起始、達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如下表所示：

容　器	甲	乙	丙
反應物投入量	3mol　H2、2mol　N2	6mol　H2、4mol　N2	2mol　NH3
達到平衡的時間（min）		5	8
N2的濃度（mol?L）	c1	1.5
NH的體積分數(shù)	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g?L）	ρ1	ρ2

試回答：
（1）下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是

 

（填寫序號字母）．
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2        b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內壓強保持不變                        d．混合氣體的密度保持不變
（2）分析上表數(shù)據(jù)，下列關系正確的是

 

（填寫序號字母）．
A．2c₁＞1.5mol?L^-1    B．w₃=w₁    C．2ρ₁=ρ₂    D．K_甲=K_乙=K_丙
（3）容器乙中反應從開始到達平衡平均速率為v（H₂）=

 

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Ⅲ．直接供氨式堿性燃料電池的電池反應式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，電解質溶液一般使用KOH溶液，則負極電極反應式是

 

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Answer 1

考點：等效平衡,反應熱和焓變,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ（1）依據(jù)氮原子最外層電子數(shù)為3，易形成3個共價鍵分析形成8電子結構，依據(jù)結構式書寫方法寫出；
（2）依據(jù)氧化還原反應電子守恒分析判斷產(chǎn)物和配平化學方程式；
（3）根據(jù)蓋斯定律可求得反應熱，再寫出熱化學方程式；
Ⅱ（1）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此判斷；
（2）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉化成反應物氮氣、氫氣的物質的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（3）先計算出用氮氣表示的反應速率，然后利用化學計量數(shù)關系計算出用氫氣表示的反應速率；
Ⅲ．氨氣為堿性氣體，電解質溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

解答： 解：Ⅰ（1）N₂H₄中的N原子可達到8電子的穩(wěn)定結構，氮原子最外層3個電子形成三對共用電子對，和未成鍵的一對電子形成8電子穩(wěn)定結構，每個氮原子和兩個氫原子形成共價鍵，氮原子間形成一個共價鍵，結構式為：，故答案為：；
（2）NH₃與NaClO反應可得到肼（N₂H₄），氮元素化合價升高被氧化，次氯酸鈉做氧化劑被還原為氯化鈉，依據(jù)原子守恒配平寫出化學方程式為2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）由圖可知，在反應 N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）中△H=2218kJ?mol^-1-2752kJ?mol^-1=-534 kJ?mol^-1，所以熱化學方程式為：N₂ H_4（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g ）△H=-534 kJ?mol^-1，故答案為：N₂ H_4（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g ）△H=-534 kJ?mol^-1；
Ⅱ（1）a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說明達到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉化程度，故a錯誤；
b．當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時，才說明達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．容器內壓強保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時體積不變，質量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：c；
（2）恒溫、恒容條件下：
A．假設乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A正確；    
B．丙中2mol氨氣相當于加入了1mol氮氣、3mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應物氮氣的物質的量減小，生成的氨氣的物質的量減小，所以ω₃＜ω₁，故B錯誤；
C．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
D．因為溫度相同，故K_甲=K_乙=K_丙，故D正確；
故選ACD；
（3）容器乙中，反應前氮氣的濃度為：

4mol

2L

=2mol/L，氮氣的平均反應速率為：v（N₂）=

2mol/L-1.5mol/L

5min

=0.1mol?L^-1?min^-1，根據(jù)反應3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）可知：v（H₂）=3v（N₂）=0.3 mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.3 mol?L^-1?min^-1；
Ⅲ．氨氣為堿性氣體，電解質溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析、化學反應速率的影響因素判斷、化學反應速率的計算等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡的影響因素、化學反應速率的計算方法，能夠利用蓋斯定律求算反應中的焓變．