Question

氮的氫化物NH₃、N₂H₄等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．
（1）液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來越被研究人員重視．它在安全性、價格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢．氨的燃燒實驗涉及下列兩個相關(guān)的反應(yīng)：
①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
則反應(yīng) 4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=

 

．（請用含有△H₁、△H₂的式子表示）
（2）合成氨實驗中，在體積為3L的恒容密閉容器中，投入4mol N₂和9mol H₂在一定條件下合成氨，平衡時僅改變溫度測得的數(shù)據(jù)如下表所示：

溫度（K）	平衡時NH3的物質(zhì)的量（mol）
T1	2.4
T2	2.0

已知：破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量．
①則T₁

 

T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
②在T₂K下，經(jīng)過10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則0～10min內(nèi)H₂的平均速率v（H₂）=

 

，平衡時N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=

 

．
③下列圖象1分別代表焓變（△H）、混合氣體平均相對分子質(zhì)量（

.

M

）、N₂體積分?jǐn)?shù)φ（N₂）和氣體密度（ρ）與反應(yīng)時間的關(guān)系，其中正確且能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．
（3）某N₂H₄（肼或聯(lián)氨）燃料電池（產(chǎn)生穩(wěn)定、無污染的物質(zhì)）原理如圖2所示．
①M(fèi)區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
②用上述電池做電源，用圖3裝置電解飽和氯化鉀溶液（電極均為惰性電極），設(shè)飽和氯化鉀溶液體積為500mL，當(dāng)溶液的pH值變?yōu)?3時（在常溫下測定），若該燃料電池的能量利用率為80%，則需消耗N₂H₄的質(zhì)量為

 

g（假設(shè)溶液電解前后體積不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
結(jié)合蓋斯定律可知，（①×3+②×2）×

1

5

得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量，則合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
①由表格數(shù)據(jù)可知，T₁對應(yīng)的氨氣平衡時物質(zhì)的量大，則T₁的溫度低；
②T₂K下，經(jīng)過10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則
    N₂+3 H₂?2NH₃，
開始 4    9   0
轉(zhuǎn)化  1    3   2
平衡  3   6    2
結(jié)合v=

△c

△t

及轉(zhuǎn)化率計算；
③焓變（△H）始終不變，混合氣體平均相對分子質(zhì)量（

.

M

）為變量、N₂體積分?jǐn)?shù)φ（N₂）為變量，氣體密度（ρ）始終不變；
（3）①左端為負(fù)極，在酸性電解質(zhì)中失去電子生成氮?dú)夂蜌潆x子；
②該燃料電池的能量利用率為80%，即電池轉(zhuǎn)移電子的80%=電解中轉(zhuǎn)移電子，結(jié)合電子轉(zhuǎn)移守恒計算．

解答： 解：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
結(jié)合蓋斯定律可知，（①×3+②×2）×

1

5

得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l），則△H=

3△H1+2△H2

5

，
故答案為：

3△H1+2△H2

5

；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量，則合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
①由表格數(shù)據(jù)可知，T₁對應(yīng)的氨氣平衡時物質(zhì)的量大，則T₁的溫度低，則T₁＜T₂，故答案為：＜；
②T₂K下，經(jīng)過10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則
    N₂+3 H₂?2NH₃，
開始 4   9    0
轉(zhuǎn)化 1   3    2
平衡 3   6    2
v（H₂）=

△c

△t

=

3mol 3L

10min

=0.1mol?L^-1?min^-1，
平衡時N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=

1

4

×100%=25%，
故答案為：0.1mol?L^-1?min^-1；25%；
③焓變（△H）始終不變，混合氣體平均相對分子質(zhì)量（

.

M

）為變量、N₂體積分?jǐn)?shù)φ（N₂）為變量，氣體密度（ρ）始終不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，則

.

M

隨時間增大而增大，直到達(dá)到平衡狀態(tài)不變；N₂體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，到達(dá)到平衡狀態(tài)不變，由圖可知，正確且能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的為BC，
故答案為：BC；
（3）①由氫離子的移動方向可知，M區(qū)為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-=N₂↑+4H⁺，故答案為：N₂H₄-4e^-=N₂↑+4H⁺； 
②用惰性電極，電解飽和KCl總的電極反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O

電解  .

H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，pH值變?yōu)?3時，c（OH^-）=0.1mol/L，n（OH^-）=0.1mol/L×0.5L=0.05mol，
N₂H₄～4e^-～4OH^-
 32g      4mol
x×80%   0.05mol，
解得x=0.5g，
故答案為：0.5．

點(diǎn)評：本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡圖象、平衡計算、蓋斯定律的應(yīng)用及計算、電化學(xué)原理及計算等，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重化學(xué)反應(yīng)原理中高頻考點(diǎn)的考查，題目難度中等．