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(jiàn)化合物，在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用．
Ⅰ．（1）N₂H₄中的N原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，寫(xiě)出N₂H₄的結(jié)構(gòu)式

 

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

 

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（3）肼是一種高能燃料，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示，寫(xiě)出肼燃燒的熱化學(xué)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(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)在起始、達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

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

試回答：
（1）下列各項(xiàng)能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填寫(xiě)序號(hào)字母）．
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2        b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內(nèi)壓強(qiáng)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(guān)系正確的是

 

（填寫(xiě)序號(hào)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(yīng)從開(kāi)始到達(dá)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(yīng)式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，電解質(zhì)溶液一般使用KOH溶液，則負(fù)極電極反應(yīng)式是

 

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Answer 1

考點(diǎn)：等效平衡,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)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(gè)共價(jià)鍵分析形成8電子結(jié)構(gòu)，依據(jù)結(jié)構(gòu)式書(shū)寫(xiě)方法寫(xiě)出；
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒分析判斷產(chǎn)物和配平化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)蓋斯定律可求得反應(yīng)熱，再寫(xiě)出熱化學(xué)方程式；
Ⅱ（1）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
（2）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識(shí)進(jìn)行分析；
（3）先計(jì)算出用氮?dú)獗硎镜姆磻?yīng)速率，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系計(jì)算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
Ⅲ．氨氣為堿性氣體，電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

解答： 解：Ⅰ（1）N₂H₄中的N原子可達(dá)到8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氮原子最外層3個(gè)電子形成三對(duì)共用電子對(duì)，和未成鍵的一對(duì)電子形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每個(gè)氮原子和兩個(gè)氫原子形成共價(jià)鍵，氮原子間形成一個(gè)共價(jià)鍵，結(jié)構(gòu)式為：，故答案為：；
（2）NH₃與NaClO反應(yīng)可得到肼（N₂H₄），氮元素化合價(jià)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(xiě)出化學(xué)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(yīng) 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(xué)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(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說(shuō)明達(dá)到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉(zhuǎn)化程度，故a錯(cuò)誤；
b．當(dāng)3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時(shí)，才說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時(shí)體積不變，質(zhì)量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
故答案為：c；
（2）恒溫、恒容條件下：
A．假設(shè)乙容器的容積為4L，則達(dá)到平衡時(shí)甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時(shí)氮?dú)獾臐舛葹閏₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動(dòng)，2c₁=1.5mol/L，由于壓強(qiáng)增大，平衡向著正向移動(dòng)，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(dāng)于加入了1mol氮?dú)狻?mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應(yīng)物氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量減小，生成的氨氣的物質(zhì)的量減小，所以ω₃＜ω₁，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
D．因?yàn)闇囟认嗤�，故K_甲=K_乙=K_丙，故D正確；
故選ACD；
（3）容器乙中，反應(yīng)前氮?dú)獾臐舛葹椋?span id="wiaonbd" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

4mol

2L

=2mol/L，氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率為：v（N₂）=

2mol/L-1.5mol/L

5min

=0.1mol?L^-1?min^-1，根據(jù)反應(yīng)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(zhì)溶液應(yīng)呈堿性，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算方法，能夠利用蓋斯定律求算反應(yīng)中的焓變．