Question

【題目】I．氮是地球上含量豐富的一種元素，氨、肼(N2H4)、尿素、偏二甲肼(C2H8N2)是氮的常見(jiàn)化合物，在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用。

(1)肼(N2H4)是一種高能燃料，寫(xiě)出肼的電子式________，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如下圖所示，已知H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol-1，寫(xiě)出肼燃燒的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為__________。

(2)火箭使用偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮(N2O4)為氧化劑，燃燒反應(yīng)放出巨大能量把火箭送入太空，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

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) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1

在甲、乙、丙三個(gè)不同密閉容器中，按不同方式投料，起始溫度和容積相同，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

容器	甲	乙	丙
相關(guān)條件	恒溫恒容	絕熱恒容	恒溫恒壓
反應(yīng)物投料	1molN2、3molH2	2molNH3	2molNH3
平衡時(shí)容器體積	V甲	V乙	V丙
反應(yīng)的平衡常數(shù)K	K甲	K乙	K丙
平衡時(shí)NH3的濃度/molL-1	c甲	c乙	c丙
平衡時(shí)NH3的反應(yīng)速率/molL-1min-1	υ甲	υ乙	υ丙

則平衡時(shí)容器的體積V甲____________V丙，平衡常數(shù)K丙_________K乙(填>、<或=)

III．尿素(H2NCONH2)是一種非常重要的高氮化肥，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位。

(1)合成尿素的第一步反應(yīng)為：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸銨)(l) △H1 ，若加入恒溫、恒容容器中的NH3和CO2的物質(zhì)的量之比為2：1，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________

a． CO2的濃度不再變化 b． NH3的百分含量不再變化 c． 容器內(nèi)氣體的密度不再變化 d． 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化 e． 2υ(NH3)正=υ (CO2)逆

(2)尿素(NH2CONH2) 燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示。其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為：_________。

Answer 1

【答案】 N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1 C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O ＜ ＜ ac CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+

【解析】

I．肼(N2H4)是共價(jià)化合物，根據(jù)蓋斯定律和燃燒熱的概念解題；偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮為氧化劑，燃燒主要產(chǎn)生CO2、N2，根據(jù)元素守恒知還生成水，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書(shū)寫(xiě)方程式；

II．建立等效平衡，并結(jié)合影響平衡常數(shù)的因素解題；

III．(1)結(jié)合平衡狀態(tài)的特征υ正=υ逆≠0及各物質(zhì)的量保持恒定分析判斷；

(2)燃燒電池通O2的極為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。

I．(1)肼(N2H4)是共價(jià)化合物，其電子式為；由能量變化圖可知①N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=(2218kJ·mol-1)-(2752 kJ·mol-1)=-534kJ·mol-1，已知②H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol-1，則根據(jù)蓋斯定律可知①+②×2得N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=(-534kJ·mol-1)+(-44kJ·mol-1)×2= -622kJ·mol-1，即肼燃燒的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1；

(2) 偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮為氧化劑，燃燒主要產(chǎn)生CO2、N2，根據(jù)元素守恒知還生成水，則該反應(yīng)方程式為C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O；

II．甲、丙若均恒溫恒容，則完全等效，由反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，丙容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量增大，改為恒溫恒壓時(shí)，容器體積增大，故V甲＜V丙；根據(jù)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1可知，乙、丙相比，氨的分解為吸熱反應(yīng)，乙保持絕熱，溫度降低，丙保持恒溫，溫度高于乙，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則K丙＜K乙；

III．(1) a．CO2的濃度不再變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a選；

b．氨基甲酸銨呈液態(tài)，起始加入的NH3和CO2物質(zhì)的量之比為2:1，消耗的NH3和CO2物質(zhì)的量之比恒為2:1，故無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡NH3和CO2物質(zhì)的量之比恒為2:1，NH3的百分含量始終不變，即NH3的百分含量不再變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不選；

c．建立平衡過(guò)程中氣體的質(zhì)量減小，在恒容條件下，容器內(nèi)氣體的密度減小，容器內(nèi)氣體的密度不再變化能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c選；

d．氨基甲酸銨呈液態(tài)，起始加入的NH3和CO2物質(zhì)的量之比為2:1，消耗的NH3和CO2物質(zhì)的量之比恒為2:1，故無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡NH3和CO2物質(zhì)的量之比恒為2:1，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量恒為17×+44×=26，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d不選；

e．2υ(NH3)正=υ (CO2)逆時(shí)正、逆反應(yīng)速率不相等，反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故e不選；

故答案為ac；

(2) 尿素在負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成二氧化碳和氮?dú)�，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，正極電極反應(yīng)為O2+4H++4e-=2H2O，負(fù)極電極反應(yīng)為：CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；