Question

【題目】研究氮及其化合物對(duì)化工生產(chǎn)有重要意義．
（1）工業(yè)合成氨的原理為N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ．
下圖甲表示在一定體積的密閉容器中反應(yīng)時(shí)N2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化，圖乙表示在其他條件不變的情況下，改變起始投料中H2與N2的物質(zhì)的量之比（設(shè)為n）對(duì)該平衡的影響

①已知圖甲中0～t1 min內(nèi)，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 則t1=；若從t2 min起僅改變一個(gè)反應(yīng)條件，則所改變的條件可能是（填一種即可）；圖乙中，b點(diǎn)時(shí)n= ．
②已知某溫度下該反應(yīng)的K=10，該溫度下向容器中同時(shí)加入下列濃度的混合氣體：c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 則在平衡建立過程中NH3的濃度變化趨勢(shì)是（填“逐漸增大”“逐漸減小”或“恒定不變”）．
（2）已知肼（N2H4）是二元弱堿，其電離是分步的，電離方程式為、 ．
（3）中國(guó)航天科技集團(tuán)公司計(jì)劃在2015年完成20次宇航發(fā)射任務(wù)．肼（N2H4）可作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，與氧化劑N2O4反應(yīng)生成N2和水蒸氣．
已知：①N2（g）+2O2（g）═N2O4（l）
△H1=﹣195kJmol﹣1
②N2H4（l）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）
△H2=﹣534.2kJmol﹣1
寫出肼和N2O4反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： ．
（4）以NO2為原料可以制得新型綠色硝化劑N2O5 ， 原理是先將NO2轉(zhuǎn)化為N2O4 ， 然后采用電解法制備N2O5 ， 其裝置如圖丙所示，兩端是石墨電極，中間隔板只允許離子通過，不允許水分子通過．
①已知兩室加入的試劑分別是：a．硝酸溶液；b．N2O4和無水硝酸，則左室加入的試劑應(yīng)為（填代號(hào)），其電極反應(yīng)式為 ．
②若以甲醇燃料電池為電源進(jìn)行上述電解，已知：CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1 ， 又知甲醇和水的汽化熱分別為11kJmol﹣1、44kJmol﹣1 ， 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，該燃料電池消耗0.5mol CH3OH產(chǎn)生的最大電能為345.8kJ，則該電池的能量效率為（電池的能量效率=電池所產(chǎn)生的最大電能與電池所釋放的全部能量之比）．

Answer 1

【答案】
（1）30 min；降低溫度或增大H2濃度；3；逐漸減小
（2）N2H4+H2O?N2H5++OH﹣；N2H5++H2O?N2H62++OH﹣
（3）2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJ?mol﹣1
（4）b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；95%
【解析】解：（1）①0～t1 min內(nèi)，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 則v（N2）=0.01molL﹣1min﹣1 ， 則v= = =0.01molL﹣1min﹣1 ， 解得t1=30 min；從t2min起N2的濃度逐漸減小，可能是降低溫度或增大H2濃度使平衡正向移動(dòng)引起的；
當(dāng)N2與H2的起始體積比符合方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)最大，即圖乙中，b點(diǎn)時(shí)n=3；
所以答案是：30 min；降低溫度或增大H2濃度；3；②c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 則Qc= = =20＞10，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行，NH3的濃度逐漸減小；
所以答案是：逐漸減小；（2）N2H4是二元弱堿，其電離分步進(jìn)行，第一步N2H4部分電離出OH﹣、N2H5+ ， 電離方程式為：N2H4+H2ON2H5++OH﹣ ， 則第二步中N2H5+在溶液中部分電離出出OH﹣、N2H62+ ， 電離方程式為：N2H5++H2ON2H62++OH﹣；
所以答案是：N2H4+H2ON2H5++OH﹣；N2H5++H2ON2H62++OH﹣；（3）①N2（g）+2O2（g）=N2O4（l）△H1=﹣195kJmol﹣1②N2H4（l）+O2 （g）=N2（g）+2H2O（g）△H2=﹣534.2kJmol﹣1
根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)②×2﹣反應(yīng)①即得到反應(yīng)：2N2H4（l）+N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；
所以答案是：2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；（4）①裝置圖中與電源正極相連的電極為陽極，與電源負(fù)極相連的電極為陰極，從電解原理來看，N2O4制備N2O5為氧化反應(yīng)，則N2O5應(yīng)在陽極區(qū)生成，故生成N2O5的左室為陽極，右室為陰極，生成N2O5的反應(yīng)式為N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
所以答案是：b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
②1mol液態(tài)CH3OH變成氣態(tài)CH3OH需吸熱11KJ，CH3OH（g）=CH3OH（l）△H=﹣11KJ/mol①，1mol液態(tài)水變成氣態(tài)水需吸熱44KJ，H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44KJ/mol②，CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1③，則③﹣①+②×2得：CH3OH（l）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=（﹣651KJ/mol+11KJ/mol﹣88KJ/mol）=﹣728KJ/mol，理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗0.5molCH3OH（1）產(chǎn)生的熱量為 =364KJ，所以該燃料電池的理論效率為 ×100%=95%；
所以答案是：95%；
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解化學(xué)平衡的計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，掌握反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實(shí)際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%，以及對(duì)弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡的理解，了解當(dāng)弱電解質(zhì)分子離解成離子的速率等于結(jié)合成分子的速率時(shí)，弱電解質(zhì)的電離就處于電離平衡狀態(tài)；電離平衡是化學(xué)平衡的一種，同樣具有化學(xué)平衡的特征．條件改變時(shí)平衡移動(dòng)的規(guī)律符合勒沙特列原理．