Question

6．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，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：3N₂H₄（g）?N₂（g）+4NH₃（g），己知斷裂Imol N-H、N-N、N-N分別需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．則該反應的反應熱△H=-367kJ/mol．
（3）氨的催化氧化過程主要有以下兩個反應：
（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的密閉容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃與3mol O₂發(fā)生反應（ii），達到平衡后測得容器中NH₃的物質(zhì)的量為2mol；則反應（ii）的化學平衡常數(shù)K=$\frac{1}{9}$；
②測得溫度對NO、N₂產(chǎn)率的影響如圖1所示．下列說法錯誤的是AB
A．升高溫度，反應（i）和（ii）的平衡常數(shù)均增大
B.840℃后升高溫度，反應（i）的正反應速率減小，反應（ii）的正反應速率增大
C.900℃后，NO產(chǎn)率下降的主要原因是反應（i）平衡逆向移動
D.800℃左右時，氨的催化氧化主要按照反應（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：
①b極為電池的正極；
②a極的電極反應方程式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
③以該燃料電池為電源，用惰性電極電解400mL足量KC1溶液一段時間，當消耗O₂的體積為2.24L（標準狀況下）時，溶液pH=14．（忽略溶液體積變化）

Answer 1

分析 （1）NH₃→N₂，N元素化合價+3→0，故由1molNH₃轉(zhuǎn)化為N₂得到3mol電子，N₂H₄→N₂，N元素化合價+2→0，故由1molN₂H₄轉(zhuǎn)化為N₂得到4mol電子；
（2）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（3）①計算平衡時各物質(zhì)的濃度，可計算平衡常數(shù)；
②A．反應（i）和（ii）均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；
B．升高溫度，正逆反應速率都增大；
C．產(chǎn)率的大小與平衡移動的方向有關；
D.800℃左右時，NO的產(chǎn)率較大，而生成氮氣較少．
（4）肼、氧氣堿性燃料電池，負極上肼失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，正極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池總反應為：N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，以此解答該題．

解答 解：（1）NH₃→N₂，N元素化合價+3→0，故由1molNH₃轉(zhuǎn)化為N₂得到3mol電子，N₂H₄→N₂，N元素化合價+2→0，故由1molN₂H₄轉(zhuǎn)化為N₂得到4mol電子，故等物質(zhì)的量的氨和肼分別與足量二氧化氮反應，產(chǎn)物為氮氣和水．則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為3：4，
故答案為：3：4；
（2）肼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）①一定溫度下，在2L的密閉容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃與3mol O₂發(fā)生反應（ii），達到平衡后測得容器中NH₃的物質(zhì)的量為2mol，則消耗氨氣的物質(zhì)的量為$\frac{4}{3}$mol，則
                  4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
起始（mol）$\frac{10}{3}$               3             0               0
轉(zhuǎn)化（mol）$\frac{4}{3}$                 1             $\frac{2}{3}$               2
平衡（mol）2                   2             $\frac{2}{3}$               2
平衡濃度（mol/L） 1        1              $\frac{1}{3}$               1
則K=$\frac{（\frac{1}{3}）^{2}×{1}^{6}}{{1}^{4}×{1}^{3}}$=$\frac{1}{9}$，
故答案為：$\frac{1}{9}$；
②A．反應（i）和（ii）均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則平衡常數(shù)都減小，故A錯誤；
B．升高溫度，活化分子百分數(shù)增大，則正逆反應速率都增大，故B錯誤；
C.900℃之前，NO的產(chǎn)率逐漸增多，而900℃之后，NO產(chǎn)率下降的主要原因是反應（i）平衡逆向移動，因正反應為放熱反應，故C正確；
D.800℃左右時，NO的產(chǎn)率較大，而生成氮氣較少，可知800℃左右時，氨的催化氧化主要按照反應（i）進行，故D正確．
故答案為：AB；
（4）①b通入氧氣，發(fā)生還原反應，應為原電池的正極，故答案為：正； 
②負極上肼失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
③當消耗O₂的體積為2.24L（標準狀況下）時，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，由正極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-可知轉(zhuǎn)移0.4mol電子，電解KCl的方程式為2KCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KOH+H₂↑+Cl₂↑，可知生成0.4molKOH，則c（OH^-）=$\frac{0.4mol}{0.4L}$=1mol/L，則pH=14．
故答案為：14．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、化學反應與能量變化、化學平衡的計算以及原電池知識，為高考常見題型，側(cè)重考查學生的分析能力、計算能力，注意把握平衡常數(shù)的計算方法，把握原電池的工作原理，難度中等．