Question

3．氨和肼（N₂H₄）既是一種工業(yè)原料，又是一種重要的化工產(chǎn)品．
（1）等物質(zhì)的量的氨和肼分別與足量的二氧化氮反應(yīng)，產(chǎn)物為氮氣和水．則轉(zhuǎn)移電子數(shù)目之比為3：4．
（2）肼在一定條件下可發(fā)生分解反應(yīng)：3N₂H₄（g）?N₂（g）+4NH₃（g），己知斷裂1mol N-H、N-N、N≡N分別需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=367kJ/mol．
（3）氨的催化氧化過程主要有以下兩個反應(yīng)：
（i ）4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ/mol
（ii ）4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定溫度下，在2L密閉容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃與3mol O₂發(fā)生反應(yīng)（ii），達到平衡后測得容器中NH₃的物質(zhì)的量為2mol；則反應(yīng)（ii）的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{1}{9}$；維持溫度和體積不變，向反應(yīng)（ii）中再充入10/3mol NH₃與3mol O₂，達平衡后，N₂（g）的體積分?jǐn)?shù)將變大（填變大、變小、不變）．
②測得溫度對NO、N₂產(chǎn)率的影響如1圖所示．下列說法錯誤的是B．
A．升高溫度，反應(yīng)（i）和（ii）的平衡常數(shù)均增大
B．840℃后升高溫度，反應(yīng)（i）的正反應(yīng)速率減小，反應(yīng)（ii）的正反應(yīng)速率增大
C．900℃后，NO產(chǎn)率下降的主要原因是反應(yīng)（i）平衡逆向移動
D．800℃左右時，氨的催化氧化主要按照反應(yīng)（i）進行
（4）N₂H₄-O₂燃料電池是一種高效低污染的新型電池，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，a極的電極反應(yīng)方程式為2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；b極的電極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）1molNH₃生成1molN₂轉(zhuǎn)移3mol電子，1molN₂H₄生成1molN₂轉(zhuǎn)移4mol電子，據(jù)此分析；
（2）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（3）①4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O
起始濃度（mol/L）         $\frac{5}{3}$              1.5             0              0
變化濃度（mol/L）         $\frac{2}{3}$             0.5             $\frac{1}{3}$             1
平衡濃度（mol/L）         1              1                 $\frac{1}{3}$             1
結(jié)合平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}$進行計算；
維持溫度和體積不變，向反應(yīng)（ii）中再充入10/3mol NH₃與3mol O₂，根據(jù)此時反應(yīng)體系中各物質(zhì)的瞬間濃度，并結(jié)合Qc=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}$，判斷Qc與K的相對大小，判斷平衡移動的方向，推斷平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)變化；
②A．反應(yīng)（ⅰ）和（ⅱ）均為放熱反應(yīng)，根據(jù)溫度對平衡的影響分析；
B．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增大；
C．生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
D．根據(jù)圖象，結(jié)合800℃左右時，生成為NO和N₂的產(chǎn)率判斷；
（4）燃料電池中，負(fù)極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，據(jù)此分析書寫電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）1molNH₃生成1molN₂轉(zhuǎn)移3mol電子，1molN₂H₄生成1molN₂轉(zhuǎn)移4mol電子，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)目之比為3：4，
故答案為：3：4；
（2）聯(lián)氨在一定條件下可按下式分解：3N₂H₄（g）=N₂（g）+4NH₃（g），已知斷裂1molN-H、N-N及N≡N需吸收的能量依次為390.8kJ、193kJ、946kJ．若生成1molN₂，反應(yīng)焓變△H=3×（193kJ/mol+390.8kJ×4KJ/mol）-946kJ/mol-4×3×390.8kJ/mol=-367KJ/mol，
故答案為：367；
（3）①4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O
起始濃度（mol/L）         $\frac{5}{3}$              1.5             0              0
變化濃度（mol/L）         $\frac{2}{3}$             0.5             $\frac{1}{3}$             1
平衡濃度（mol/L）         1              1                 $\frac{1}{3}$             1
此溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1}{3}）^{2}×{1}^{6}}{{1}^{4}×{1}^{3}}$=$\frac{1}{9}$；
維持溫度和體積不變，向反應(yīng)（ii）中再充入10/3mol NH₃與3mol O₂，此時反應(yīng)體系中各物質(zhì)的瞬間濃度NH₃為$\frac{8}{3}$mol/L、O₂為2.5mol/L、N₂為$\frac{1}{3}$mol/L、H₂O為1mol/L，Qc=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1}{3}）^{2}×{1}^{6}}{（\frac{8}{3}）^{4}×2．{5}^{3}}$=$\frac{9}{64000}$＜$\frac{1}{9}$，可知平衡正向移動，平衡時N₂的體積分?jǐn)?shù)變大，故答案為：$\frac{1}{9}$；變大；
②A．反應(yīng)（�。┖停áⅲ┚鶠榉艧岱磻�(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以平衡常數(shù)均減小，故A正確；
B．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增大，所以840℃后升高溫度，反應(yīng)（�。┑恼�反應(yīng)速率增大，反應(yīng)（ⅱ）的正反應(yīng)速率增大，故B錯誤；
C．已知4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ•mol^-1 升高溫度平衡逆移，NO產(chǎn)率下降，故C正確；
D．800℃左右時，N₂產(chǎn)率幾乎為0，此時氨的催化氧化主要按照反應(yīng)（i）進行，故D正確；
故選：B；
（4）該燃料電池中負(fù)極反應(yīng)為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，正極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，則電池總反應(yīng)為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O；a極通入燃料為負(fù)極，負(fù)極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；b極為正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
-故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

點評 本題考查熱電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目求算、鍵能和反應(yīng)的焓變計算、燃料電池的工作原理知識及化學(xué)平衡常數(shù)的計算與應(yīng)用，注意知識的遷移應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度中等，明確原電池原理以及正負(fù)極的判斷、電極方程式的書寫是解題的關(guān)鍵，難點為根據(jù)Qc判斷平衡移動的方向．