Question

在元素周期表中處于相鄰位置的元素在結構和性質上有許多相似的地方．第二周期的碳、氮、氧、氟都可以形成氫化物，氧元素的氫化物除H₂O外，還有H₂O₂；碳元素的氫化物除CH₄外，還有C₂H₆等；與之相似的氮元素的氫化物除外，還有N₂H₄等．
（1）碳原子之間可以結合成鏈狀結構，氮原子之間也可以形成鏈狀結構，假設氮原子間只以氮氮單鍵形式連接成鏈狀，并形成氫化物，則該系列氫化物的通式為

 

．
（2）該系列中的N₂H₄是“神六”發射時火箭所用的液體燃料，液態的四氧化二氮作氧化劑，此液態燃料的優點是產生的能量大且無污染．已知40g N₂H₄在火箭發射時反應中放出710kJ熱量，寫出火箭發射時該反應的熱化學方程式：

 

．
（3）該系列物中的NH₃對農業、化學、國防工業具有重要意義．其合成原理為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1
Ⅰ．在一定溫度下，將1.5molN₂和6molH₂通入到一個固定容積為VL的密閉容器中，當反應達到平衡時，容器內氣體的壓強為起始時的80%，則此時反應放出的熱量為

 

 kJ．H₂的轉化率=

 

．
該溫度下合成氨反應的平衡常數K₁=

 

（只列數字表達式）
Ⅱ．在保持溫度不變，相同體積的密閉容器中，將起始的物質的量改為amolN₂、bmolH₂、cmolNH₃，平衡時
NH₃的物質的量分數為25%，則：達到平衡時，Ⅰ和Ⅱ放出的熱量

 

 （填字母代號）
A．一定相等
B．前者一定小于后者
C．前者等于或小于后者
D．前者等于或大于后者
Ⅰ和Ⅱ合成氨的平衡常數分別為K₁和K₂，同K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）
欲使開始時反應正向進行，a的取值范圍為

 

．

Answer 1

分析：（1）每個N原子能形成3個共價鍵，可以和氮原子、氫原子都能形成共價鍵，利用數學歸納法確定其通式；
（2）40g聯氨的物質的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭發射時反應中放出710kJ熱量，2mol完全反應放出1136kJ熱量；
（3）I．在一定溫度下，相同條件下，氣體的物質的量之比等于其壓強之比，根據反應的氫氣和反應熱之間的關系式計算放出的熱量；根據轉化率公式計算氫氣的轉化率；
平衡常數K=

c(NH3)2

c(H2)3．c(N2)

；
II．相同條件下達到平衡時，混合物中各組分的物質的量與I中平衡相同，說明兩平衡為完全等效平衡，根據c的量來確定放出的熱量；
溫度不變，化學平衡常數不變；
欲使開始時反應正向移動，氮氣的物質的量要大于I中平衡時氮氣的物質的量而小于未反應時氮氣的物質的量．

解答：解：（1）當氮原子個數為1時，氫原子個數為3，
當氮原子個數為2時，氫原子個數為4，
當氮原子個數為3時，氫原子個數為5，
當氮原子個數為4時，氫原子個數為6，
當氮原子個數為n時，氫原子個數為n+2，
所以其通式為N_nH _n+2（n≥1且n為正整數），
故答案為：N_nH _n+2（n≥1且n為正整數）；
（2）40g聯氨的物質的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭發射時反應中放出710kJ熱量，2mol完全反應放出1136kJ熱量，所以其熱化學反應方程式為：
2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136KJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136KJ?mol^-1；
（3）I．在一定溫度下，相同條件下，氣體的物質的量之比等于其壓強之比，反應平衡時混合氣體的物質的量=（1.5+6）mol×80%=6mol，氣體的物質的量減少1.5mol，
設參加反應的氫氣的物質的量為x，放出的熱量為Q，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）n_（減少） 放出的熱量92kJ
        3mol            2mol    92kJ
        x               1.5mol  Q
3mol：2mol=x：1.5mol，x=2.25mol
2mol：92kJ=1.5mol：Q，Q=69kJ，
氫氣的轉化率=

2.25mol

6mol

×100%=37.5%，
根據氮氣、氫氣、氨氣和反應前后物質的量減少量之間的關系式得：
平衡時氮氣的物質的量為（1.5-0.75）mol=0.75mol，
氫氣的物質的量=（6-2.25）mol=3.75mol，
氨氣的物質的量為參加反應的氮氣的2倍=0.75mol×2=1.5mol，
平衡常數K=

c(NH3)2

c(H2)3．c(N2)

=

( 1.5 V )2

0.75 V ×( 3.75 V )3

；
II．由上面數據可知下，I中平衡時NH₃的物質的量分數=1.5mol/6mol*100%=25%，由題目II中平衡時“NH₃的物質的量分數為25%”可知，兩個平衡是等效平衡，
因此有兩種情況，當c=0時，即只有反應物，由于I和II是等效平衡，且該反應是個氣體體積改變的反應，所以II中a=1.5mol，b=6mol，反應放熱和I中相等；
若c不等于0，即存在生成物，根據等效平衡一邊倒原則，a小于1.5mol，b小于6mol，反應發出的熱量比I中少，或者反應逆向進行，即吸熱，故選D；
溫度不變，化學平衡常數不變，所以K₁=K₂；
欲使開始時反應正向移動，氮氣的物質的量要大于I中平衡時氮氣的物質的量而小于未反應時氮氣的物質的量，所以a的物質的量的取值范圍為：0.75＜a≤1.5，
故答案為：D；=；0.75＜a≤1.5．

點評：本題考查了熱化學反應方程式的書寫、等效平衡、化學平衡常數等知識點，根據物質之間的關系式來分析解答，并運用數學歸納法來解答，難點是等效平衡，正確理解等效平衡的含義即可解答，難度中等．