Question

13．利用N₂和H₂可以實現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進行連續(xù)生產(chǎn)．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關注．現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖所示，其中Y為CO₂．寫出石墨I電極上發(fā)生反應的電極反應式H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O．
在電解池中生成N₂O₅的電極反應式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
（3）以甲醇燃料電池為電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，每消耗0.2mol CH₃OH，陰極產(chǎn)生標況下氣體的體積為13.44L．
（4）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如下表：

t/K	298	398	498	…
K/（mol•L-1）2	4.1×106	K1	K2	…

完成下列問題：
①已知該反應能夠自發(fā)進行，試比較K₁、K₂的大小：K₁＞ K₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②在同溫同壓時判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是AC（填序號）；
A．2v（H₂）_（正）=3v（NH₃）_（逆）    B．2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）
C．容器內(nèi)壓強保持不變    D．混合氣體的密度保持不變
（5）鹽酸肼（N₂H₆Cl₂）是一種重要的化工原料，屬于離子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理與NH₄Cl類似．
①寫出鹽酸肼第一步水解反應的離子方程式N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺；
②鹽酸肼水溶液中離子濃度的排列順序不正確的是ABD（填序號）．
A．c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
B．c（Cl^-）＞c（[N₂H₅•H₂O⁺]）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
C．2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-）
D．c（N₂H₆²⁺）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知熱化學方程式和蓋斯定律計算，由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得得到反應的焓變，寫出對應反應的熱化學方程式；
（2）燃料原電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，負極上燃料失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水；先根據(jù)化合價判斷生成N₂O₅的電極，N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應式；
（3）用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，陰極電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉(zhuǎn)移為1.2mol，反應的氫氣物質(zhì)的量為0.6mol，據(jù)此計算標準狀況下氣體的體積；
（4）①根據(jù)焓變判斷生成物反應物濃度的變化，然后根據(jù)平衡常數(shù)判斷；
②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷；
（5）①根據(jù)離子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理與NH₄Cl類似，則N₂H₆²⁺水解結(jié)合H₂O電離生成的OH^-；
②由鹽酸肼的化學式為N₂H₆Cl₂，水解使溶液顯酸性來分析離子濃度的大小關系．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ①
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol ②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol ③
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.0kJ/mol；
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol；
（2）燃料原電池中，負極上燃料失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，據(jù)電極反應離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺；
（3）用該電池作電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，陰極電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，產(chǎn)生標況下氣體的體積=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；
故答案為：13.44；
（4）①該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，生成物濃度減小，反應物濃度增大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②A、不同物質(zhì)的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，能證明正逆反應速率相等，故A正確；
B、不同物質(zhì)的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）不是平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質(zhì)的量不變，該反應達平衡狀態(tài)，故C正確；
D、如果是在密閉容器中反應，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變，故D錯誤；
故選：AC；
（5）①因水解與NH₄Cl類似，則N₂H₆²⁺水解結(jié)合H₂O電離生成的OH^-，則水解離子反應為N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺，
故答案為：N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺；
（2）A．由鹽酸肼的化學式為N₂H₆Cl₂，則c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺），又水解顯酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），由水解的程度很弱，則c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺），即離子濃度的大小關系為c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故A錯誤；
B．由水解方程式N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺，及?[N₂H₅•H₂O]⁺還可以進行再次水解，可知c（[N₂H₅•H₂O⁺]）＜c（H⁺），故B錯誤；
C．根據(jù)電荷守恒可得：2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O⁺]）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故C正確；
D．根據(jù)A可知顯然D錯誤，故D錯誤；
故答案為：ABD．

點評 本題主要考查了蓋斯定律、電解池的工作原理知識，原電池原理分析與計算，難度中等，會根據(jù)化合價的變化確定生成N₂O₅的電極，根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鱿鄳�的電極反應式，掌握基礎是關鍵．