Question

【題目】氮元素可形成多種化合物，在工業生產中具有重要價值。 請回答下列問題：

(1)已知拆開1molH－H 鍵，1molN－H鍵， 1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N2與H2反應合成NH3的熱化學方程式為___________________________________。

(2)在絕熱、容積固定的密閉容器中發生反應：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，下列說法能說明上述反應達到平衡的是___________(填序號)。

①單位時間內生成2n mol NH3的同時生成3n mol H2

②單位時間內生成6n mol N—H鍵的同時生成n mol N≡N鍵

③N2、H2、NH3的物質的量濃度之比為1∶3∶2

④混合氣體的平均摩爾質量不變。

⑤容器內的氣體密度不變

(3)一定溫度下，2L密閉容器中充入0.40 mol N2O4，發生反應：N2O4(g) 2NO2(g)，一段時間后達到平衡，測得數據如下：

時間／s	20	40	60	80	100
C(NO2)/(mol/L)	0．12	0．20	0．26	0．30	0.30

①升高溫度時，氣體顏色加深，則正反應是_________(填“放熱”或“吸熱”)反應。

②該溫度下反應的化學平衡常數數值為_____________。

③相同溫度下，若開始向該容器中充入0.80molN2O4，則達到平衡后: c(NO2) ______ 0．60mol·L-1(填“>”、 “=”或“<”)

(4)N2O5是一種新型硝化劑，其性質和制備受人們關注。現以 H2、O2、熔融鹽 Z(Na2CO3)組成的燃料電池電解制備N2O5，裝置如圖所示，其中Y為CO2。

①寫出石墨I電極上發生反應的電極反應式 _______________________________________；

②在電解池中生成N2O5的電極反應式為_______________________________________

Answer 1

【答案】N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH＝-92kJ·mol－1 ①②④ 吸熱 1.8 < H2+CO32-－2e－=CO2+H2O N2O4+2HNO3－2e－=2N2O5+2H+

【解析】

（1）由H=反應物總能量-生成物總能量，可知與反應合成的熱化學方程式；

（2）化學反應平衡的兩大標志為“等”，“定”， “等”正逆反應速率相等（可解讀為1.反應物的消耗量和生成物的消耗量等于反應系數比；2.反應物斷鍵和生成物斷鍵或反應物成鍵和生成物成鍵數目為一定比例），“定”指反應中變化的量不在變化；

（3）反應中四氧化二氮為無色氣體，二氧化氮為紅棕色氣體，升高溫度時，氣體顏色加深，可以得知反應向生成二氧化氮的方向移動，將勒夏特列原理可以得知反應為放熱；

（4）裝置中左側為熔融碳酸鹽做電解質的燃料電池裝置為右側的裝置提供外部電源，右側工作原理為電解池原理；

（1）拆開1molH-H鍵,1moLN-H鍵，1moN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，化學方程式為，依據化學方程式計算反應熱為△H=946kJ/mol+3×436kJ/mol+6×391kJ/mol=-92KJ/mol，故反應的熱化學方程式為：，△H=-92KJ/mol；

（2）①單位時間內生成2n mol 的同時消耗3nmol，于此同時生成3n mol，故可知①可以作為達成平衡的標志；

②單位時間內生成6n mol 鍵的同時消耗nmol，此時生成n mol鍵故②可以作為達成平衡的標志；

③的物質的量濃度之比為1∶3∶2，并不能說明物質的量濃度不變，故③不能作為達成平衡的標志；

④ ，由反應式可知質量為定值，為變化的值，故不變可以作為達成平衡的標志；

⑤容器內的氣體密度，為定值，為定值，故容器內的氣體密度不變不能作為達成平衡的標志；

選①②④；

（3）①2對于，反應中四氧化二氮為無色氣體，二氧化氮為紅棕色氣體，升高溫度時，氣體顏色加深，說明平衡正向進行，則正反應為吸熱反應；

②.該溫度下2L密閉容器中充入0.40mol結合三段式得到

起始量(mo/L) 0.2 0

變化量(mo/L) 0.15 0.3

平衡量(mol/L) 0.05 0.3

平衡常數K= ==1.8；

③.

起始量(mol) 0.4 0

全部轉化 0 0.8

則相同溫度下，若開始向該容器中充入0.80mol ，則達到平衡后和充入0.4mol四氧化二氮達到相同的平衡狀態，故c（NO2）=0.3mol/L,所以 c(NO2)小于 0.60mol·L-1；

（4）.①燃料原電池中，負極上燃料失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，故電極反應式為：H2+CO32-－2e－=CO2+H2O；②中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價，因此應該在左側生成，即在陽極區域生成，據電極反應離子放電順序可知：陰極發生2H++2e-=H2↑的反應，則陽極為：N2O4+2HNO3－2e－=2N2O5+2H+。