Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氨、肼(N₂H₄)和疊氮酸都是氮元素的重要氫化物，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重大作用。
(1)合成氨生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的途徑，對化學(xué)工業(yè)技術(shù)也產(chǎn)生了重要影響。
①在固定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表。

T/K	298	398	498
平衡常數(shù)K	4.1×106	K1	K2

 
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式為________；判斷K₁________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列各項能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填字母)。
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
③一定溫度下，在1 L密閉容器中充入1 mol N₂和3 mol H₂并發(fā)生上述反應(yīng)。若容器容積恒定，10 min達(dá)到平衡時，氣體的總物質(zhì)的量為原來的，則N₂的轉(zhuǎn)化率為________，以NH₃的濃度變化表示該過程的反應(yīng)速率為________。
(2)肼可用于火箭燃料、制藥原料等。
①在火箭推進(jìn)器中裝有肼(N₂H₄)和液態(tài)H₂O₂，已知0.4 mol液態(tài)N₂H₄和足量液態(tài)H₂O₂反應(yīng)，生成氣態(tài)N₂和氣態(tài)H₂O，放出256.6 kJ的熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。
②一種肼燃料電池的工作原理如圖所示。該電池工作時負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________________________________。

③加熱條件下用液態(tài)肼(N₂H₄)還原新制Cu(OH)₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂。該反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________________________。
肼與亞硝酸(HNO₂)反應(yīng)可生成疊氮酸，8.6 g疊氮酸完全分解    可放出6.72 L氮氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則疊氮酸的分子式為________。

Answer 1

(1)①　＞�、赾�、�25%　0.05 mol/(L·min)
(2)①N₂H₄(l)＋2H₂O₂(l)=N₂(g)＋4H₂O(g)
ΔH＝－641.5 kJ/mol
②N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O
③4Cu(OH)₂＋N₂H₄2Cu₂O＋N₂↑＋6H₂O　HN₃

根據(jù)化學(xué)方程式可寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，平衡常數(shù)減小，故K₁＞K₂。②當(dāng)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1∶3∶2時，不一定為平衡狀態(tài)，a項錯誤；當(dāng)3v(N₂)_正＝v(H₂)_逆時為平衡狀態(tài)，b項錯誤；該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，當(dāng)壓強(qiáng)不變時一定達(dá)到平衡狀態(tài)，c項正確；該體系中氣體的質(zhì)量不發(fā)生變化，容器體積不發(fā)生變化，故混合氣體的密度不變，d項錯誤。
③設(shè)轉(zhuǎn)化的N₂的物質(zhì)的量為x mol，則有：
　　　　N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)
起始(mol)  1    3       0
轉(zhuǎn)化(mol)  x    3x      2x
平衡(mol)  1－x  3－3x   2x
根據(jù)平衡時氣體的總物質(zhì)的量為原來的，可得x＝0.25，則N₂的轉(zhuǎn)化率為25%，
v(NH₃)＝0.5/10＝0.05 mol/(L·min)。
(2)①由題中信息可寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。②在原電池中，陽離子移向正極，故N₂H₄所在的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O。③根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理及質(zhì)量守恒定律可寫出N₂H₄與Cu(OH)₂反應(yīng)的化學(xué)方程式；由于N₂為0.3 mol，則氮氣質(zhì)量為8.4 g，又因疊氮酸的質(zhì)量為8.6 g，則疊氮酸中氫元素的質(zhì)量為0.2 g，從而可推知疊氮酸中H、N的原子個數(shù)比為1∶3，則其分子式為HN₃。