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?dú)浠�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(xiàng)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(shí)，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(shí)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(shí)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?dú)?/span>(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則疊氮酸的分子式為________。

 

Answer 1

(1)①�。尽�②c　③25%　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

【解析】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(shí)，不一定為平衡狀態(tài)，a項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)3v(N2)正＝v(H2)逆時(shí)為平衡狀態(tài)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，c項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)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(shí)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?dú)赓|(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(gè)數(shù)比為1∶3，則其分子式為HN3。