Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氨、肼(N2H4)和疊氮酸都是氮元素的重要氫化物，在工農業生產、生活中有著重大作用。

(1)合成氨生產技術的創立開辟了人工固氮的途徑，對化學工業技術也產生了重要影響。

①在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，其平衡常數K與溫度T的關系如下表。

T/K	298	398	498
平衡常數K	4.1×106	K1	K2

 

則該反應的平衡常數的表達式為________；判斷K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②下列各項能說明該反應已達到平衡狀態的是________(填字母)。

a．容器內N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2

b．v(N2)正＝3v(H2)逆

c．容器內壓強保持不變

d．混合氣體的密度保持不變

③一定溫度下，在1 L密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2并發生上述反應。若容器容積恒定，10 min達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的，則N2的轉化率為________，以NH3的濃度變化表示該過程的反應速率為________。

(2)肼可用于火箭燃料、制藥原料等。

①在火箭推進器中裝有肼(N2H4)和液態H2O2，已知0.4 mol液態N2H4和足量液態H2O2反應，生成氣態N2和氣態H2O，放出256.6 kJ的熱量。該反應的熱化學方程式為________________________________________________________________________。

②一種肼燃料電池的工作原理如圖所示。該電池工作時負極的電極反應式為_____________________________________。

 

③加熱條件下用液態肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2來制備納米級Cu2O，同時放出N2。該反應的化學方程式_______________________________________。

肼與亞硝酸(HNO2)反應可生成疊氮酸，8.6 g疊氮酸完全分解可放出6.72 L氮氣(標準狀況下)，則疊氮酸的分子式為________。

 

Answer 1

(1)①�。尽�②c　③25%　0.05 mol/(L·min)

(2)①N2H4(l)＋2H2O2(l)=N2(g)＋4H2O(g)

ΔH＝－641.5 kJ/mol

②N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2O

③4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O　HN3

【解析】根據化學方程式可寫出該反應的平衡常數表達式，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡左移，平衡常數減小，故K1＞K2。②當N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2時，不一定為平衡狀態，a項錯誤；當3v(N2)正＝v(H2)逆時為平衡狀態，b項錯誤；該反應為氣體體積減小的反應，當壓強不變時一定達到平衡狀態，c項正確；該體系中氣體的質量不發生變化，容器體積不發生變化，故混合氣體的密度不變，d項錯誤。

③設轉化的N2的物質的量為x mol，則有：

　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始(mol) 1 3 0

轉化(mol) x 3x 2x

平衡(mol) 1－x 3－3x 2x

根據平衡時氣體的總物質的量為原來的，可得x＝0.25，則N2的轉化率為25%，

v(NH3)＝0.5/10＝0.05 mol/(L·min)。

(2)①由題中信息可寫出該反應的熱化學方程式。②在原電池中，陽離子移向正極，故N2H4所在的電極為負極，發生氧化反應，其電極反應式為N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2O。③根據氧化還原反應原理及質量守恒定律可寫出N2H4與Cu(OH)2反應的化學方程式；由于N2為0.3 mol，則氮氣質量為8.4 g，又因疊氮酸的質量為8.6 g，則疊氮酸中氫元素的質量為0.2 g，從而可推知疊氮酸中H、N的原子個數比為1∶3，則其分子式為HN3。