Question

11．氨分解產生的氫氣可作為燃料供給氫氧燃料電池，這是極具吸引力的燃料電池供氫方法．
（l）已知：1molH一H鍵、lmo1N一H鍵、1molN≡N鍵斷裂時分別需要吸收436kJ、39IkJ、946kJ的能量，則氨分解反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的焓變△H=+92kJ/mol．
（2）向體積均為2L的容器A和B中同時分別充入2molNH₃（兩容器裝有催化劑）發(fā)生上述反應．在反應過程中，A 保持溫度和容積不變；B 保持溫度和壓強不變．
①反應2分鐘后，A容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?.2倍，則2分鐘內用氨氣表示的平均反應速率為0.1mol/（L•min）．
②如圖1為A容器中NH₃的轉化率隨時間變化的α（NH₃）一t曲線，請在圖中畫出B容器中相應α（NH₃）一t 曲線的示意圖，并簡要說明理由B容器體積增大，反應過程中壓強較A小，反應速率慢，平衡正向移動，NH₃轉化率大．

（3）利用如圖2實驗裝置可以合成氨，鈀電極B 的電極反應式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
（4）室溫時，將c mol/L HF溶液與0.01mol/L NaOH 溶液等體積混合，反應后溶液呈中性，則HF的電離常數K_α=$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$（請用含c的代數式表示）．
（5）肼（N₂H₄）的性質類似于NH₃，可與水反應生成一種二元弱堿N₂H₄•2H₂O，其水溶液顯示堿性的原因是_N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-_（用電離方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）熱化學方程式中，反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，據此計算反應焓變；
（2）①依據題干條件和三行計算得到，氣體壓強之比等于化學方程式氣體計量數之比，計算得到消耗氨氣物質的量，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算得到；
②B 保持溫度和壓強不變，隨反應進行氣體壓強減小，體積縮小所以反應過程中B中壓強始終比A中壓強大，達到平衡所需時間短，平衡正向移動，NH₃轉化率大，氨氣含量少于A；
（3）利用如圖2實驗裝置可以合成氨，反應總方程式為N₂+3H₂?2NH₃，反應中N元素化合價降低，被還原，應為電解池陰極反應，電極方程式為N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，H元素化合價升高，被氧化，應為電解池陽極反應，電極方程式為H₂-2e^-=2H⁺，以此解答該題；
（4）呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（F^-）=0.005mol/L，以此計算；
（5）根據一水合氨電離方式書寫N₂H₄•2H₂O電離方程式．

解答 解：（1）1molH一H鍵、lmo1N一H鍵、1molN≡N鍵斷裂時分別需要吸收436kJ、39IkJ、946kJ的能量，則氨分解反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的焓變△H=6×39IkJ/mol-3×436kJ/mol-946kJ/mol=+92kJ/mol，
故答案為：+92kJ/mol；
（2）①反應2分鐘后，A容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?.2倍，氣體壓強之比為化學方程式計量數之比，設生成氮氣物質的量為x，則
              2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）   2        0       0
變化量（mol）   2x        x      3x
2min末（mol/L） 2-2x     x       3x
$\frac{2-2x+x+3x}{2}$=1.2
x=0.2mol
2分鐘內用氨氣表示的平均反應速率=$\frac{\frac{0.2×2mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/L•min，
故答案為：0.1；
②B 保持溫度和壓強不變，隨反應進行氣體壓強減小，體積縮小所以反應過程中B中壓強始終比A中壓強大，達到平衡所需時間短，平衡正向移動，NH₃轉化率大，氨氣含量少于A，據此畫出變化圖象為：，
故答案為：；B容器體積增大，反應過程中壓強較A小，反應速率慢，平衡正向移動，NH₃轉化率大；
（3）利用如圖2實驗裝置可以合成氨，反應總方程式為N₂+3H₂?2NH₃，反應中N元素化合價降低，被還原，應為電解池陰極反應，電極反應方程式為：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（4）呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（F^-）=0.005mol/L，所以用含c的代數式表示HF的電離常數K_a=$\frac{c（{H}^{+}）c（{F}^{-}）}{c（HF）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{\frac{c}{2}-0.005}$=$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$故答案為：$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$；
（5）肼（N₂H₄）的性質類似于NH₃，極易溶于水，與水反應生成一種二元弱堿N₂H₄•2H₂O，該二元弱堿電離，電離方程式為：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-，
故答案為：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-．

點評 本題考查了反應熱的有關計算、反應熱與化學鍵鍵能的關系、化學平衡的有關知識，涉及化學平衡常數的有關計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、化學反應速率的計算等知識點，圖象繪制和理解是解題關鍵，題目難度中等．