Question

【題目】氮的氫化物NH3、N2H4等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

（1）液氨作為一種潛在的清潔汽車(chē)燃料已越來(lái)越被研究人員重視。它在安全性、價(jià)格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢(shì)。氨的燃燒實(shí)驗(yàn)涉及下列兩個(gè)相關(guān)的反應(yīng)：

①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l) △H1

②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l) △H2

則反應(yīng) 4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l) △H＝ 。（請(qǐng)用含有△H1、△H2的式子表示）

（2）合成氨實(shí)驗(yàn)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(shí)僅改變溫度測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示：

溫度(K)	平衡時(shí)NH3的物質(zhì)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(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2 mol NH3(g)中的化學(xué)鍵消耗的能量。

①則T1 T2（填“＞”、“<”或“=”）。

②在T2 K下，經(jīng)過(guò)10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則0~10min內(nèi)H2的平均速率v(H2)= ，平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率α（N2）= 。

③下列圖像分別代表焓變（△H）、混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量（）、N2體積分?jǐn)?shù)φ（N2）和氣體密度（ρ）與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，其中正確且能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 。

（3）某N2H4（肼或聯(lián)氨）燃料電池（產(chǎn)生穩(wěn)定、無(wú)污染的物質(zhì)）原理如圖1所示。

①M區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)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(shè)飽和氯化鉀溶液體積為500mL，當(dāng)溶液的pH值變?yōu)?/span>13時(shí)（在常溫下測(cè)定），若該燃料電池的能量利用率為80%，則需消耗N2H4的質(zhì)量為 g（假設(shè)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(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2 mol NH3(g)中的化學(xué)鍵消耗的能量，說(shuō)明合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

①由表中數(shù)據(jù)可知，T1對(duì)應(yīng)的氨氣平衡時(shí)物質(zhì)的量大，說(shuō)明T1的溫度低；則T1＜T2；

②T2K下，經(jīng)過(guò)10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則

N2+3H22NH3

開(kāi)始量（mol） 4 9 0

轉(zhuǎn)化量（mol） 1 3 2

平衡量 mol） 3 6 2

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

平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率α(N2)=×100%＝25%；

③在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱(chēng)為化學(xué)平衡狀態(tài)。A、對(duì)于具體的化學(xué)方程式反應(yīng)熱是不變，因此反應(yīng)熱不變不能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B、混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)，能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C、當(dāng)?shù)獨(dú)夂�量不再發(fā)生變化時(shí)，可以說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；D、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量和容積始終是不變的，即密度始終是不變，D錯(cuò)誤，答案選BC。

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

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

N2H4～4e-～4OH-

32 4

x×80% 0.05mol

解得x=0.5g。