Question

【題目】（一）檢驗火柴頭中氯元素的其中一種方法是將火柴頭浸于水中，片刻后取少量溶液于試管中，加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，若出現白色沉淀，說明含氯元素。寫出上述檢驗原理的總離子方程式：___________________________。

（二）肼(N2H4)作為一種重要的氮氫化合物，氫質量分數高達12.5%，完全分解產物為H2和N2，是一種理想的液體氫源。N2H4分解過程中發(fā)生完全分解和不完全分解。

完全分解： N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 I

不完全分解： 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g) ΔH2 II

反應II的焓變不易測量，現查表得如下數據：

2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH3 = +92 kJ·mol-1 (該反應實際未發(fā)生)

（1）反應II在__________(填高溫、低溫或任意溫度)條件下可以自發(fā)進行。

（2）在體積固定的密閉容器中，以Ir/Al2O3為催化劑，在不同溫度下(催化劑均未失活)分解等量N2H4(一開始體系中無其他氣體)，測得反應相同時間后的N2H4、NH3和H2體積分數如圖1所示：

①下列說法正確的是_____________

A.據圖可知200℃時，反應 I的活化能低于反應II的活化能

B.300℃后N2H4的體積分數略有提高，可能由于反應II逆向移動導致

C.換用選擇更高的Ni/Ir復合催化劑可提高N2H4的平衡轉化率

D.400℃是該制氫工藝比較合適的生產溫度

②若某溫度下在1 L體積固定的密閉容器中加入1molN2H4，反應一段時間后達到平衡狀態(tài)，此時H2與NH3的物質的量均為0.4mol。請計算該溫度下反應 I的平衡常數KC=___________________（Kc為用氣體的濃度表示的平衡常數）

③若在600~1000°C下進行上述實驗，請預測并在上圖中補充H2體積分數的變化趨勢_______。

（3）近期，來自四位非洲的女孩打造了一臺靠尿液驅動的發(fā)電機，其原理是把尿液以電解的方式分離出提供設備發(fā)電使用的氫氣的技術，同時將尿液脫氮（轉化為大氣循環(huán)的無污染氣體）減輕生活污水處理。以純尿液為電解液（以NH4+表示尿液中氮元素的存在形式），寫出該電解過程的總反應方程式：________________________________________

Answer 1

【答案】 Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3- 任意溫度 B 0.096

【解析】（一）火柴頭含有氯酸鉀，與NaNO2溶液反應，ClO3-被還原為Cl-，加入硝酸銀后Cl-與Ag+反應生成氯化銀白色沉淀，證明含氯元素。

（二）（1）①A. 根據圖像可知，在200℃時，先發(fā)生反應II，說明反應II的活化能較低；B.反應II為吸熱反應，升高溫度，平衡右移，增大了氮氣、氫氣的量，針對N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 =-50.6 kJ·mol-1 ，3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)反應來說，增加生成物濃度，平衡左移，N2H4的體積分數略有提高；C. 催化劑能夠加快反應速率，但是平衡不移動；D.根據圖像可知溫度500℃左右時，氫氣的百分含量最大。

②根據反應N2H4(g) N2(g) + 2H2(g)

起始量 1 0 0

變化量 X X 2X

平衡量 1-X X 2X

根據反應 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)

起始量 1-X 0 2X

變化量 0.3 0.4 0.1

平衡量 1-X-0.3 0.4 0.1+X

根據已知信息計算出反應I的平衡濃度，帶入平衡常數公式進行計算。

③對于N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 反應，升高溫度，平衡左移，H2體積分數的減小，按此規(guī)律畫圖。

（3）電解含有NH4+的溶液，-3價氮升高到0價，氫元素由+1價降低到0價，據此寫出電解過程的總反應方程式。

（一）火柴頭中含有氯酸鉀，將火柴頭浸于水中，片刻后取少量溶液于試管中，加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，ClO3-被還原為Cl-，Cl-與Ag+反應生成氯化銀白色沉淀，說明含氯元素。離子方程式：Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3-；正確答案：Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3-。

（二）（1）根據蓋斯定律：反應I×3-反應III×2，整理得反應II：2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH2 = -345.8 kJ·mol-1，S>0，ΔH<0，該反應在任意溫度條件下可以自發(fā)進行；正確答案：任意溫度。

（2）①根據圖像可知，反應在200℃時，氫氣的體積分數為0，氨氣的體積分數較大，說明反應II易發(fā)生，活化能比反應I的低，A錯誤；反應II：2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH3 = +92 kJ·mol-1，升高溫度，平衡右移，氨氣的量減小，氮氣、氫氣的量增多，針對N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 =-50.6 kJ·mol-1 ，3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)反應，增大生成物濃度，平衡左移，N2H4的體積分數略有提高，B正確；催化劑能夠加快反應速率，但是平衡不移動，不能提高N2H4的平衡轉化率，C錯誤；根據圖像可知，溫度在500℃左右時，氫氣的百分含量最大，D錯誤；正確選項B。

②根據反應N2H4(g) N2(g) + 2H2(g)

起始量 1 0 0

變化量 X X 2X

平衡量 1-X X 2X

根據反應 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)

起始量 1-X 0 2X

變化量 0.3 0.4 0.1

平衡量 1-X-0.3 0.4 0.1+X

根據題給信息可知：2X=0.4，X=0.2mol,所以達到平衡時，c(N2H4)= 1-0.2-0.3=0.5mol/L；c(N2)= 0.1+0.2=0.3 mol/L；c(H2)=2×0.2=0.4 mol/L；該溫度下反應 I的平衡常數KC=（0.4）2×0.3/0.5=0.096；正確答案：0.096。

③對于N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 反應，升高溫度，平衡左移，H2體積分數的減小，具體圖像如下：；正確答案：。

（3）電解含有NH4+的溶液，-3價氮升高到0價，氫元素由+1價降低到0價，該電解過程的總反應方程式：；正確答案：。