Question

【題目】氮的氫化物NH3、N2H4等在工農業(yè)生產、航空航天等領域有廣泛應用。

（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的反應：

①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l) △H1

②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l) △H2

則反應 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3 L的恒容密閉容器中，投入4 mol N2和9 mol 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的物質的量(mol)
T1	2.4
T2	2.0

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

①則T1 T2（填“＞”、“<”或“=”）。

②在T2 K下，經(jīng)過10min達到化學平衡狀態(tài)，則0~10min內H2的平均速率v(H2)= ，平衡時N2的轉化率α（N2）= 。

③下列圖像分別代表焓變（△H）、混合氣體平均相對分子質量（）、N2體積分數(shù)φ（N2）和氣體密度（ρ）與反應時間的關系，其中正確且能表明該可逆反應達到平衡狀態(tài)的是 。

（3）某N2H4（肼或聯(lián)氨）燃料電池（產生穩(wěn)定、無污染的物質）原理如圖1所示。

①M區(qū)發(fā)生的電極反應式為 。

②用上述電池做電源，用圖2裝置電解飽和氯化鉀溶液（電極均為惰性電極），設飽和氯化鉀溶液體積為500mL，當溶液的pH值變?yōu)?/span>13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的質量為 g（假設溶液電解前后體積不變）。

Answer 1

【答案】（1）（3△H1+2△H2）/5（2分）（2）①＜（2分） ②0.1mol·L-1·min-1 （2分） 25%（2分）

③BC（2分）（3）①N2H4－4e－＝N2↑+4H＋（2分） ②0.5（3分）

【解析】

試題分析：（1）①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l) ΔH1；②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l) ΔH2；根據(jù)蓋斯定律可知（①×3+②×2）/5得4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l) 則 ΔH＝(3ΔH1+2ΔH2)/5；

（2）破壞1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化學鍵消耗的總能量小于破壞2 mol NH3(g)中的化學鍵消耗的能量，說明合成氨的反應為放熱反應。

①由表中數(shù)據(jù)可知，T1對應的氨氣平衡時物質的量大，說明T1的溫度低；則T1＜T2；

②T2K下，經(jīng)過10min達到化學平衡狀態(tài)，則

N2+3H22NH3

開始量（mol） 4 9 0

轉化量（mol） 1 3 2

平衡量 mol） 3 6 2

則0～10min內H2的平均速率v(H2)＝△c/△t＝＝0.1mol·L－1·min－1；

平衡時N2的轉化率α(N2)=×100%＝25%；

③在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)。A、對于具體的化學方程式反應熱是不變，因此反應熱不變不能表明該可逆反應達到平衡狀態(tài)，A錯誤；B、混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以當平均相對分子質量不再發(fā)生變化時，能表明該可逆反應達到平衡狀態(tài)，B正確；C、當?shù)獨夂�量不再發(fā)生變化時，可以說明反應達到平衡狀態(tài)，C正確；D、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，即密度始終是不變，D錯誤，答案選BC。

（3）①原電池中陽離子移向正極，由氫離子的移動方向可知，M區(qū)為負極，發(fā)生的電極反應式為N2H4－4e－＝N2↑+4H+；

②用惰性電極，電解飽和氯化鉀溶液當pH值變?yōu)?3時，c（OH-）＝0.1mol/L，n（OH-）＝0.1mol/L×0.5L＝0.05mol，設需消耗N2H4的質量為xg，則

N2H4～4e-～4OH-

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x×80% 0.05mol

解得x=0.5g。