Question

【題目】Ⅰ．施萊辛（Schlesinger）等人提出可用NaBH4與水反應制取氫氣：BH4－ + 2H2O == BO2－ + 4H2↑（反應實質為水電離出來的H+被還原）。研究表明，該反應生成H2的速率受外界條件影響，下表為pH和溫度對NaBH4半衰期的影響（半衰期是指反應過程中，某物質的濃度降低到初始濃度一半時所需的時間）。

體系 pH	不同溫度下的半衰期（min）
	0℃	25℃	50℃	75℃
8	4.32×100	6.19×10－1	8.64×10－2	1.22×10－2
10	4.32×102	6.19×101	8.64×100	1.22×100
12	4.32×104	6.19×103	8.64×102	1.22×102
14	4.32×106	6.19×105	8.64×104	1.22×104

（1）已知NaBH4與水反應后所得溶液顯堿性，用離子方程式表示出溶液顯堿性的原因 ，溶液中各離子濃度大小關系為 。

（2）從上表可知，溫度對NaBH4與水反應速率產生怎樣的影響？ 。

（3）反應體系的pH為何會對NaBH4與水反應的反應速率產生影響？ 。

Ⅱ．肼（N2H4）又稱聯氨，常溫下是一種無色油狀液體，沸點為113.5℃。肼和氧氣在不同溫度和催化劑條件下生成不同產物（如圖）。

溫度較低時主要反應①：N2H4 + O2 N2 + 2H2O

溫度較高時主要反應②：N2H4 + 2O2 2NO + 2H2O

不考慮其他反應，完成下列填空：

（4）若反應①在250℃時的平衡常數為K1，350℃時的平衡常數為K2，則K1 K2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（5）反應于1100℃時達到平衡后，下列措施能使容器中增大的有 （填字母序號）。

A．恒容條件下，充入He氣

B．增大容器體積

C．恒容條件下，充入N2H4

D．使用催化劑

（6）若將n mol肼和2n molO2充入某容積為n L的剛性容器中，在800℃和一定壓強、合適催化劑的作用下，反應①和②同時達到平衡，實驗測得N2的產率x，NO的產率為y，則該條件下反應②的平衡常數K= （用x、y的代數式表示，不必化簡）。

Answer 1

【答案】

（1）BO2－ + 2H2O H3BO3 + OH－ （2分）

c（Na+）＞c（BO2－）＞c（OH－）＞c（H+） （2分）

（2）溫度越高，反應速率越大 （2分）

（3）體系堿性越強，水電離出來的H+濃度越低，因而反應速率越小 （2分，合理答案均給分）

（4）＜ （2分）

（5）BC （2分）

（6） （3分）

【解析】

試題分析：

Ⅰ．（1）NaBH4與水反應制氫氣：BH4－+2H2O==BO2－+4H2↑，生成的BO2－水解使溶液顯堿性，故溶液中離子濃度大小為c（Na+）＞c（BO2－）＞c（OH－）＞c（H+）。

（2）從圖表數據分析，相同pH條件下，隨溫度升高體系半衰期縮短，反應速率增大。

（3）NaBH4與水反應制氫氣：BH4－+2H2O==BO2－+4H2↑，因為反應實質是水電離出來的H+被還原，所以隨著pH增大，體系堿性越強，水電離出來的H+濃度越低，因而反應速率越慢；從表格中的數據也能看出，相同溫度條件下，隨著pH增大，半衰期延長，反應速率減慢。

Ⅱ．（4）從圖像上看，溫度低于400℃時，溫度升高，N2產率增大，即平衡正向移動，平衡常數增大，所以K1＜K2；

（5）B、C兩項，增大容器體積和恒容條件下充入N2H4都使平衡正向移動，所以增大，A、D兩項，恒容條件下充入氦氣和使用催化劑，都不能使平衡發生移動，所以不變；

（6）N2的理論產量為n mol，NO的理論產量2n mol，根據產率可算出平衡時n（N2）=nx mol、n（NO）=2ny mol，換算成濃度c（N2）=x mol·L－1、c（NO）=2y mol·L－1，用同樣方法計算各物質的濃度如下：

N2H4 + O2 N2 + 2H2O N2H4 + 2O2 2NO + 2H2O

起始濃度（mol·L-1） 1 2 0 0 1 2 0 0

轉化濃度（mol·L-1） x x x 2x y 2y 2y 2y

平衡濃度： c（N2H4）=（1－x－y） mol·L－1 c（O2）=（2－x－2y） mol·L－1

c（NO）=2y mol·L－1 c（H2O）=（2x+2y） mol·L－1

故反應②的平衡常數。