Question

6．氮及其化合物在生產(chǎn)生活中用途廣泛．回答下列問題：
（1）肼（N₂H₄）是重要的化工原料，其水溶液（溶質(zhì)為N₂H₄•2H₂O）為二元弱堿，在水中的電離方式與氨水相似．
①N₂H₄的電子式為．②N₂H₄•2H₂O在水中第一步電離的電離方程式為N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-．
（2）以NH₃ 與CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）₂]的主要反應如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5KJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5KJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（ g）△H=+44.0KJ•mo1
則NH₃ 與CO₂合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol．
（3）“氯胺（NH₂Cl）消毒法”是在用液氯處理自來水的同時通入少量氨氣發(fā)生反應Cl₂+NH₃═NH₂Cl+HCl． 工業(yè)上為提高氯氣利用率，實現(xiàn)氯元素的閉路循環(huán)和零排放，可在高溫及催化劑作用下將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣：4HCl（g）+O₂（g）═2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-117.6KJ•mol^-1
某研究小組以銅一鉻復合金屬氧化物為催化劑對定容體系HCl 與O₂ 在不同配比條件下進行催化氧化，得到不同溫度條件下HCl 的平衡轉(zhuǎn)化率如圖1所示．
①已知$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=4：1，溫度為 360℃時 HCl 的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，且c（HCl）=0.4mol•L^-1，則該溫度下此反應的平衡常數(shù) K=160L/mol
②$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=8：1 時，HCl 平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的降低變化不大，原因是350℃時HCl的轉(zhuǎn)化率接近50%，根據(jù)投料比HCl：O₂=8：l，此時O₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)接近100%，因此再降低溫度，HC1的轉(zhuǎn)化率也不會增大很多
③為了制備含氧量低的氯氣，除了提高 HCl 和 O₂投料比還可以采用的方法有降低溫度、增大壓強  （任寫兩條）
（4）用圖2的電化學裝置可將霧霾中的SO₂、NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄．鋰錳電池是常用的一次電池，其中電解質(zhì)是LiClO₄，Li⁺通過電解質(zhì)遷移入MnO₂ 晶格中，生成 LiMnO₂．
①M是H₂SO₄    （填化學式）．
②D電極反應式為NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①氨分子中氫原子被氨基（-NH₂）取代后的生成物叫肼，分子中全部為單鍵；
②肼的水溶液呈弱堿性，在水溶液中溶質(zhì)為N₂H₄•2H₂O，第一步電離相當于N₂H₄奪取水的質(zhì)子，產(chǎn)生OH^-，顯堿性；
（2）NH₃ 與CO₂合成尿素和液態(tài)水的化學方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），該反應可由已知熱效應的化學方程式推導，根據(jù)蓋斯定律計算該反應的熱化學方程式；
（3）①根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式，代入各組分的平衡濃度計算；
②增加HCl的用量，HCl 平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的降低變化不大，根據(jù)圖1分析變化不大的原因；
③為了制備含氧量低的氯氣，除了提高 HCl 和 O₂投料比，還可以通過化學平衡正向移動達到目的，從溫度和壓強角度分析；
（4）①根據(jù)電極反應式分析溶液中的產(chǎn)物，據(jù)此判斷物質(zhì)M的組分；
②NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄，這個過程中N化合價降低，發(fā)生還原反應，據(jù)此寫出D電極的電極反應式．

解答 解：（1）①氨分子中氫原子被氨基（-NH₂）取代后的生成物叫肼，分子中全部為單鍵，電子式為，故答案為：；
②肼的水溶液呈弱堿性，在水溶液中溶質(zhì)為N₂H₄•2H₂O，第一步電離相當于N₂H₄奪取水的質(zhì)子，產(chǎn)生OH^-，顯堿性，則N₂H₄•2H₂O在水中第一步電離的電離方程式為：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-，
故答案為：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.5kJ/mol，
                  ②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.5kJ/mol，
                  ③H₂O（l）═H₂O（ g）△H₃=+44.0kJ•mo1，
NH₃ 與CO₂合成尿素和液態(tài)水的化學方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），該反應可由①+②-③得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應的焓變△H=△H₁+△H₂-△H₃=-159.5+116.5-44.0=-87.0kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；
（3）①$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=4：1，溫度為 360℃時 HCl 的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，且c（HCl）=0.4mol/L，則HCl的起始濃度為$\frac{0.4mol/L}{1-80%}$=2mol/L，則起始時O₂的濃度為0.5mol/L，根據(jù)反應方程式，平衡時c（HCl）=0.4mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（Cl₂）=c（H₂O）=0.8mol/L，則該溫度下，化學平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{l}_{2}）}{c（{O}_{2}）{c}^{4}（HCl）}$=$\frac{（0.8mol/L）^{2}×（0.8mol/L）^{2}}{0.1mol/L×（0.4mol/L）^{4}}$=160L/mol，
故答案為：160L/mol；
②增加HCl的用量，HCl 平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的降低變化不大，從圖1分析，350℃時HCl的轉(zhuǎn)化率接近50%，此時將投料比變成HCl：O₂=8：l，O₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)接近100%，可見降低溫度并不能使HCl的平衡轉(zhuǎn)化率改變多少，
故答案為：350℃時HCl的轉(zhuǎn)化率接近50%，根據(jù)投料比HCl：O₂=8：l，此時O₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)接近100%，因此再降低溫度，HC1的轉(zhuǎn)化率也不會增大很多；
（4）①電化學裝置可將霧霾中的SO₂、NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄，鋰錳電池中電解質(zhì)是LiClO₄，Li⁺通過電解質(zhì)遷移入MnO₂ 晶格中，生成 LiMnO₂，則MnO2電極處得到電子，做原電池正極，與之相連的電解池中的石墨電極就為陽極，陰極上SO₂反應，失去電子，該電極的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，所以還生成M為H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄；
②NO轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄，這個過程中N化合價降低，發(fā)生還原反應，則D電極反應式為NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O，故答案為：NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O．

點評 本題考查化學原理知識，屬于綜合題型，包含電子式的書寫，弱電解質(zhì)的電離平衡，熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，化學平衡常數(shù)的計算，化學平衡的移動，電化學知識，電極反應式的書寫，均為常見題型，也都是高頻考點，平時需要加強練習，題目難度中等，試題有助于培養(yǎng)綜合運用化學原理的能力．