Question

在元素周期表中處于相鄰位置的元素在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)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(jié)合成鏈狀結(jié)構(gòu)，氮原子之間也可以形成鏈狀結(jié)構(gòu)，假設(shè)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(fā)射時(shí)火箭所用的液體燃料，液態(tài)的四氧化二氮作氧化劑，此液態(tài)燃料的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的能量大且無(wú)污染．已知40g N₂H₄在火箭發(fā)射時(shí)反應(yīng)中放出710kJ熱量，寫出火箭發(fā)射時(shí)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．
（3）該系列物中的NH₃對(duì)農(nóng)業(yè)、化學(xué)、國(guó)防工業(yè)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(gè)固定容積為VL的密閉容器中，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為起始時(shí)的80%，則此時(shí)反應(yīng)放出的熱量為

 

 kJ．H₂的轉(zhuǎn)化率=

 

．
該溫度下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=

 

（只列數(shù)字表達(dá)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(zhì)的量改為amolN₂、bmolH₂、cmolNH₃，平衡時(shí)
NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%，則：達(dá)到平衡時(shí)，Ⅰ和Ⅱ放出的熱量

 

 （填字母代號(hào)）
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(shù)分別為K₁和K₂，同K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）
欲使開(kāi)始時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，a的取值范圍為

 

．

Answer 1

分析：（1）每個(gè)N原子能形成3個(gè)共價(jià)鍵，可以和氮原子、氫原子都能形成共價(jià)鍵，利用數(shù)學(xué)歸納法確定其通式；
（2）40g聯(lián)氨的物質(zhì)的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭發(fā)射時(shí)反應(yīng)中放出710kJ熱量，2mol完全反應(yīng)放出1136kJ熱量；
（3）I．在一定溫度下，相同條件下，氣體的物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，根據(jù)反應(yīng)的氫氣和反應(yīng)熱之間的關(guān)系式計(jì)算放出的熱量；根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計(jì)算氫氣的轉(zhuǎn)化率；
平衡常數(shù)K=

c(NH3)2

c(H2)3．c(N2)

；
II．相同條件下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中各組分的物質(zhì)的量與I中平衡相同，說(shuō)明兩平衡為完全等效平衡，根據(jù)c的量來(lái)確定放出的熱量；
溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變；
欲使開(kāi)始時(shí)反應(yīng)正向移動(dòng)，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量要大于I中平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量而小于未反應(yīng)時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量．

解答：解：（1）當(dāng)?shù)�原子個(gè)數(shù)為1時(shí)，氫原子個(gè)數(shù)為3，
當(dāng)?shù)�原子個(gè)數(shù)為2時(shí)，氫原子個(gè)數(shù)為4，
當(dāng)?shù)�原子個(gè)數(shù)為3時(shí)，氫原子個(gè)數(shù)為5，
當(dāng)?shù)�原子個(gè)數(shù)為4時(shí)，氫原子個(gè)數(shù)為6，
當(dāng)?shù)�原子個(gè)數(shù)為n時(shí)，氫原子個(gè)數(shù)為n+2，
所以其通式為N_nH _n+2（n≥1且n為正整數(shù)），
故答案為：N_nH _n+2（n≥1且n為正整數(shù)）；
（2）40g聯(lián)氨的物質(zhì)的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭發(fā)射時(shí)反應(yīng)中放出710kJ熱量，2mol完全反應(yīng)放出1136kJ熱量，所以其熱化學(xué)反應(yīng)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(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量=（1.5+6）mol×80%=6mol，氣體的物質(zhì)的量減少1.5mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)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(zhuǎn)化率=

2.25mol

6mol

×100%=37.5%，
根據(jù)氮?dú)�、氫氣、氨氣和反�?yīng)前后物質(zhì)的量減少量之間的關(guān)系式得：
平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為（1.5-0.75）mol=0.75mol，
氫氣的物質(zhì)的量=（6-2.25）mol=3.75mol，
氨氣的物質(zhì)的量為參加反應(yīng)的氮?dú)獾?倍=0.75mol×2=1.5mol，
平衡常數(shù)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(shù)據(jù)可知下，I中平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=1.5mol/6mol*100%=25%，由題目II中平衡時(shí)“NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%”可知，兩個(gè)平衡是等效平衡，
因此有兩種情況，當(dāng)c=0時(shí)，即只有反應(yīng)物，由于I和II是等效平衡，且該反應(yīng)是個(gè)氣體體積改變的反應(yīng)，所以II中a=1.5mol，b=6mol，反應(yīng)放熱和I中相等；
若c不等于0，即存在生成物，根據(jù)等效平衡一邊倒原則，a小于1.5mol，b小于6mol，反應(yīng)發(fā)出的熱量比I中少，或者反應(yīng)逆向進(jìn)行，即吸熱，故選D；
溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，所以K₁=K₂；
欲使開(kāi)始時(shí)反應(yīng)正向移動(dòng)，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量要大于I中平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量而小于未反應(yīng)時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，所以a的物質(zhì)的量的取值范圍為：0.75＜a≤1.5，
故答案為：D；=；0.75＜a≤1.5．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、等效平衡、化學(xué)平衡常數(shù)等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式來(lái)分析解答，并運(yùn)用數(shù)學(xué)歸納法來(lái)解答，難點(diǎn)是等效平衡，正確理解等效平衡的含義即可解答，難度中等．