Question

【題目】研究氮及其化合物的性質在人類進步過程中具有極為重要的意義。

（1）肼(N2H4)與N2O4分別是火箭發射中最常用的燃料與氧化劑。已知2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 225 kJ·mol－1。幾種化學鍵的鍵能數據如下：

化學鍵	N—H	N—N	N≡N	O—H
鍵能/(kJ·mol－1)	390	190	946	460

則1 mol N2O4(l)完全分解成相應的原子時需要吸收的能量是________。

（2）N2O4與NO2轉化的熱化學方程式為N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝＋24.4 kJ·mol－1。

①將一定量的N2O4投入固定容積的真空容器中，下述現象能說明反應達到平衡的是________(填字母)。

a．v正(N2O4)＝2v逆(NO2) b．體系顏色不變

c．氣體平均相對分子質量不變 d．氣體密度不變

②在一密閉容器中發生該反應，達到平衡后，保持體積不變升高溫度，再次達到平衡時，則混合氣體的顏色________(填“變深”“變淺”或“不變”)，判斷理由______________________________________。

③平衡常數K可用反應體系中氣體物質平衡分壓表示，即K表達式中平衡濃度可用平衡分壓代替，分壓＝總壓×物質的量分數[例如：p(NO2)＝p總×x(NO2)]。寫出上述反應平衡常數K的表達式________(用p總、各氣體物質的量分數x表示)；影響K的因素為________。

（3）氨是一種重要的化工原料，在工農業生產中有廣泛的應用。在773 K時，分別將2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一個固定容積為1 L的密閉容器中，限著反應的進行，氣體混合物中n(H2)、n(NH3)與反應時間(t)的關系如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n(H2/span>)/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n(NH3)/mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

①該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2、NH3，其濃度均為3 mol·L－1，則此時v正________________(填“大于”“小于”或“等于”)。

②由表中的實驗數據可得到“c—t”的關系，如圖1所示，表示c(N2)—t的曲線是________。在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，則反應剛達到平衡時，表示c(H2)—t的曲線上相應的點為________。

（4）有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖2所示。電池正極的電極反應式是____________________，A是_______________________________。

Answer 1

【答案】1793 kJ bc 變深 正反應是吸熱反應，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，c(NO2)增大，氣體顏色加深 K＝p總·x2(NO2)/x(N2O4) 溫度 大于 乙 B N2＋8H＋＋6e－===2NH4+ 氯化銨(或NH4Cl)

【解析】

(1)N2O4(l)完全分解成相應的原子需要斷裂分子中所有的化學鍵，故需要的總能量就等于其中化學鍵的總鍵能，設1 mol N2O4(l)的總鍵能為E，則ΔH=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，帶入數據進行計算；

(2) ①化學平衡狀態的判定依據：正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變以及由此衍生出的其他物理量的變化情況進行分析；

②該反應是吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，據此進行分析。

③影響平衡常數的因素只有溫度，根據K=表達式，將c(NO2)、c(N2O4)換成p(NO2)、p(N2O4)即可。

（3）①先求出該溫度下的化學平衡常數K，然后根據題給條件下求出Qc，根據Qc與K的關系判斷反應進行的情況，以此判斷v正與v逆大小關系；

②氮氣是反應物，不斷被消耗，其消耗量是氫氣的消耗量1/3倍，根據圖象中曲線變化進行判定c(N2)—t的曲線；起始充入4 molN2和12 mol H2，相當于將充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設平衡不移動，則平衡時c(H2)=6mol·L-1，而“壓縮”后壓強增大，據此分析反應速率、平衡移動情況，得出結論。

（4）氮氣在正極上發生還原反應生成銨根離子，A是氯化銨，據此書寫極反應方程式。

(1)N2O4(l)完全分解成相應的原子需要斷裂分子中所有的化學鍵，故需要的總能量就等于其中化學鍵的總鍵能，設1 mol N2O4(l)的總鍵能為E，則ΔH=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=(8×390 kJ·mol-1+2×190 kJ·mol-1+E)-(3×946 kJ·mol-1+8×460 kJ·mol-1)=-1 225 kJ·mol-1，則E=1793 kJ·mol-1，即1 mol N2O4(l)完全分解成相應的原子時需要吸收的能量是1793 kJ，

綜上所述，本題答案是：1793 kJ 。

(2)①a．達到化學平衡的條件是正逆反應速率相等，即v（正）(N2O4)/ v（逆）(NO2)=1/2，得2v正(N2O4)=v逆(NO2)，所以a錯誤。

b．N2O4為無色，NO2為紅棕色，若顏色不變，說明c(NO2)及c(N2O4)不變，即各物質的濃度不變，所以b正確。

c．，均是氣體，m(氣)不變，但在反應過程中氣體的總物質的量發生變化，其平均相對分子質量也在變化，若氣體平均相對分子質量不變，說明n(氣)不變，則各物質的物質的量濃度不變，達到化學平衡狀態，所以c正確。

d．氣體的質量不變，容器體積不變，在反應過程中，密度始終不變，所以氣體密度不變不能說明反應達到平衡狀態，d錯誤。

綜上所述，本題選bc。

②該反應是吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，c(NO2)增大，顏色加深。

綜上所述，本題答案是：變深；正反應是吸熱反應，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，c(NO2)增大，氣體顏色加深。

③根據K=表達式，將c(NO2)、c(N2O4)換成p(NO2)、p(N2O4)，平衡常數表達式為：K＝p總·x2(NO2)/x(N2O4)；影響平衡常數的因素只有溫度。

綜上所述，本題答案是：K＝p總·x2(NO2)/x(N2O4)；溫度。

（3）①該溫度下，25 min時反應處于平衡狀態，平衡時c(N2)=1 mol·L-1、c(H2)=3 mol·L-1、c(NH3)=2 mol·L-1，則K= c2(NH3)/c3(H2)c(N2)，帶入數值計算結果為：K=4/27 L2·mol-2；在該溫度下，若向同容積的另一容器中投入N2、H2和NH3，其濃度均為3 mol·L-1，則Qc= c2(NH3)/c3(H2)c(N2)，帶入數值計算結果為：Qc=1/9L2·mol-2<K，反應正向進行，故v正大于v逆。

綜上所述，本題答案是：大于。

②氮氣是反應物，不斷被消耗，根據圖表可知，氫氣的消耗量是氮氣的3倍，甲為氫氣的濃度變化曲線，因此表示c(N2)—t的曲線是乙。起始充入4 mol N2和12 mol H2，相當于將充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設平衡不移動，則平衡時c(H2)=6 mol·L-1，而“壓縮”后壓強增大，反應速率加快，平衡正向移動，故平衡時3 mol·L-1<c(H2)<6 mol·L-1，且達到平衡的時間縮短，故對應的點為B。

綜上所述，本題答案是：乙，B。

（4）酸性環境下，氮氣在正極上發生還原反應生成銨根離子，電極反應為：N2＋8H＋＋6e－=2NH4+ ，A是氯化銨(或NH4Cl)。

綜上所述，本題答案是：N2＋8H＋＋6e－=2NH4+ ；氯化銨(或NH4Cl)。