Question

6．肼（N₂H₄）和氨是氮的兩種常見化合物，在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用．回答下列問題：
（1）N₂H₄中N原子核外最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．寫出N₂H₄的結(jié)構(gòu)式：．
（2）實驗室用兩種固體制取NH₃的反應(yīng)化學(xué)方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
（3）NH₃與NaClO反應(yīng)可得到肼（N₂H₄），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（4）肼一空氣燃料電池是一種堿性環(huán)保電池，該電池放電時，負(fù)極的反應(yīng)式為N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．
（5）工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）₂]反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l），該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如表：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①焓變△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一定溫度和壓強(qiáng)下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比（氨碳比）[n（NH₃）：n（CO₂]=x，如圖是氨碳比（x）與CO₂平衡轉(zhuǎn)化率（α）的關(guān)系．α隨著x增大而增大的原因是c（NH₃）增大，平衡正向移動．圖中A點處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為42%．

	n（N2）	n（H2）	n（NH3）
甲	1mol	3mol	0mol
乙	0.5mol	1.5mol	1mol
丙	0mol	0mol	4mol

（6）在恒溫恒容密閉容器中按照甲、乙、丙三種方式分別投料，發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），測得甲容器中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為40%．
①判斷乙容器中反應(yīng)進(jìn)行的方向是逆向（填“正向或“逆向”）移動．
②達(dá)平衡時，甲、乙、丙三容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)大小順序為丙＞甲=乙．
（7）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣一氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是負(fù)極 （填“正極”或“負(fù)極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（8）一定條件下，某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定體積的密閉容器中，為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動，下列措施中可采用的是c（填字母代號）．
a．增大壓強(qiáng)    b．適當(dāng)升高溫度    c．增大O₂的濃度    d．選擇高效催化劑
（9）如果某氨水的電離程度為1%，濃度為0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至開始產(chǎn)生沉淀時（不考慮溶液體積變化），溶液中的NH₃•H₂O的濃度為0.002mol/L[已知K_sp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]．

Answer 1

分析 （1）聯(lián)氨（N₂H₄）中N原子與其它三個原子成鍵，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
（2）實驗室常用氯化銨固體與熟石灰固體共熱來制取氨氣；
（3）NH₃與NaClO反應(yīng)可得到肼（N₂H₄），N元素的化合價升高，故還生成氯化鈉與水；
（4）從作為燃料電池時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)的角度可知N₂H₄被氧化生成N₂；
（5）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷反應(yīng)吸熱放熱；
②增大反應(yīng)物濃度，平衡正向進(jìn)行；依據(jù)x含義和圖象數(shù)據(jù)分析結(jié)合化學(xué)方程式換算氨氣轉(zhuǎn)化率；
（6）①根據(jù)甲、乙、丙三種方式分別投料形成的平衡不但等效也等同，然后根據(jù)甲平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量來判斷乙容器中反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動，據(jù)此解答；
（7）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，由質(zhì)量守恒可知，應(yīng)生成氮氣，如設(shè)計成氨氣一氧氣燃料電池，在堿性條件下，通入氨氣的電極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮氣；
（8）依據(jù)化學(xué)平衡移動原理結(jié)合 反應(yīng)特征分析判斷；
（9）依據(jù)溶度積常數(shù)計算氫氧根離子濃度，結(jié)合氨水電離度概念計算一水合氨溶液的濃度．

解答 解：（1）聯(lián)氨（N₂H₄）中N原子與其它三個原子成鍵，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)式為，故答案為：；
（2）制取氨氣的反應(yīng)物是氯化銨與熟石灰，生成物是氯化鈣、水和氨氣：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑；
（3）NH₃與NaClO發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到肼（N₂H₄）、氯化鈉和水，所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（4）肼一空氣燃料堿性電池中，負(fù)極上肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水和氮氣，電極反應(yīng)式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
（5）①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），圖象分析判斷，增大氨氣濃度平衡正向進(jìn)行，A點處x=3，原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比為3，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為63%，假設(shè)氨氣為3mol，二氧化碳為1mol，則反應(yīng)的二氧化碳為0.63mol，
依據(jù)化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反應(yīng)的氨氣為1.26mol，
NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.26mol}{3mol}$×100%=42% 故答案為：c（NH₃）增大，平衡正向移動； 42%；
（6）①甲、乙、丙三種方式分別投料形成的平衡不但等效也等同，甲容器平衡時N₂、H₂和NH₃的物質(zhì)的量分別為：0.6mol、1.8mol、0.8mol，則乙容器中反應(yīng)進(jìn)行的方向是逆向移動，故答案為：逆向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故體積分?jǐn)?shù)：丙＞甲=乙，
故答案為：丙＞甲=乙；
（7）氨氣在純氧中燃燒，生成氮氣和水，化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，在燃料電池中，燃料做負(fù)極，則通入氨氣的電極是負(fù)極，堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O；負(fù)極；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（8）4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定體積的密閉容器中，為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動，
a．反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡逆向進(jìn)行，故a不符合；
b．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，適當(dāng)升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡逆向進(jìn)行，故b不符合；
c．增大O₂的濃度，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，故c符合；
d．選擇高效催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，故d不符合；
故答案為：c；
（9）如果某氨水的電離程度為1%，濃度為0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至開始產(chǎn)生沉淀時（不考慮溶液體積變化），{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}，則依據(jù)溶度積常數(shù)計算：Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，c（Mg2+）=0.01mol/L，c（OH^-）=2×10-5mol/L，氨水的濃度=$\frac{2×1{0}^{-5}mol/L}{1%}$=0.002mol/L，
故答案為：0.002 mol/L．

點評 本題考查了原電池原理和電極反應(yīng)書寫應(yīng)用，影響化學(xué)平衡因素分析判斷，弱電解質(zhì)和溶度積常數(shù)的計算理解，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．