Question

【題目】I．氮是地球上含量豐富的一種元素，氨、肼(N2H4)、尿素、偏二甲肼(C2H8N2)是氮的常見化合物，在科學技術和生產中有重要的應用。

(1)肼(N2H4)是一種高能燃料，寫出肼的電子式________，有關化學反應的能量變化如下圖所示，已知H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol-1，寫出肼燃燒的燃燒熱的熱化學方程式為__________。

(2)火箭使用偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮(N2O4)為氧化劑，燃燒反應放出巨大能量把火箭送入太空，該反應的化學方程式為____________。

II．氨的合成是最重要的化工生產之一。

已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1

在甲、乙、丙三個不同密閉容器中，按不同方式投料，起始溫度和容積相同，相關數據如下表所示：

容器	甲	乙	丙
相關條件	恒溫恒容	絕熱恒容	恒溫恒壓
反應物投料	1molN2、3molH2	2molNH3	2molNH3
平衡時容器體積	V甲	V乙	V丙
反應的平衡常數K	K甲	K乙	K丙
平衡時NH3的濃度/molL-1	c甲	c乙	c丙
平衡時NH3的反應速率/molL-1min-1	υ甲	υ乙	υ丙

則平衡時容器的體積V甲____________V丙，平衡常數K丙_________K乙(填>、<或=)

III．尿素(H2NCONH2)是一種非常重要的高氮化肥，在工農業生產中有著非常重要的地位。

(1)合成尿素的第一步反應為：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸銨)(l) △H1 ，若加入恒溫、恒容容器中的NH3和CO2的物質的量之比為2：1，能說明反應達到化學平衡狀態的是________

a． CO2的濃度不再變化 b． NH3的百分含量不再變化 c． 容器內氣體的密度不再變化 d． 混合氣體的平均相對分子質量不再變化 e． 2υ(NH3)正=υ (CO2)逆

(2)尿素(NH2CONH2) 燃料電池結構如圖所示。其工作時負極電極反應式可表示為：_________。

Answer 1

【答案】 N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1 C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O ＜ ＜ ac CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+

【解析】

I．肼(N2H4)是共價化合物，根據蓋斯定律和燃燒熱的概念解題；偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮為氧化劑，燃燒主要產生CO2、N2，根據元素守恒知還生成水，根據反應物、生成物書寫方程式；

II．建立等效平衡，并結合影響平衡常數的因素解題；

III．(1)結合平衡狀態的特征υ正=υ逆≠0及各物質的量保持恒定分析判斷；

(2)燃燒電池通O2的極為正極，負極發生氧化反應。

I．(1)肼(N2H4)是共價化合物，其電子式為；由能量變化圖可知①N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=(2218kJ·mol-1)-(2752 kJ·mol-1)=-534kJ·mol-1，已知②H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol-1，則根據蓋斯定律可知①+②×2得N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=(-534kJ·mol-1)+(-44kJ·mol-1)×2= -622kJ·mol-1，即肼燃燒的燃燒熱的熱化學方程式為N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1；

(2) 偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮為氧化劑，燃燒主要產生CO2、N2，根據元素守恒知還生成水，則該反應方程式為C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O；

II．甲、丙若均恒溫恒容，則完全等效，由反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，丙容器內氣體總物質的量增大，改為恒溫恒壓時，容器體積增大，故V甲＜V丙；根據N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1可知，乙、丙相比，氨的分解為吸熱反應，乙保持絕熱，溫度降低，丙保持恒溫，溫度高于乙，溫度升高平衡逆向移動，平衡常數減小，則K丙＜K乙；

III．(1) a．CO2的濃度不再變化，說明反應達到平衡狀態，故a選；

b．氨基甲酸銨呈液態，起始加入的NH3和CO2物質的量之比為2:1，消耗的NH3和CO2物質的量之比恒為2:1，故無論反應是否達到平衡NH3和CO2物質的量之比恒為2:1，NH3的百分含量始終不變，即NH3的百分含量不再變化不能說明反應達到平衡狀態，故b不選；

c．建立平衡過程中氣體的質量減小，在恒容條件下，容器內氣體的密度減小，容器內氣體的密度不再變化能說明反應達到平衡狀態，故c選；

d．氨基甲酸銨呈液態，起始加入的NH3和CO2物質的量之比為2:1，消耗的NH3和CO2物質的量之比恒為2:1，故無論反應是否達到平衡NH3和CO2物質的量之比恒為2:1，混合氣體的平均相對分子質量恒為17×+44×=26，混合氣體的平均相對分子質量不再變化不能說明反應達到平衡狀態，故d不選；

e．2υ(NH3)正=υ (CO2)逆時正、逆反應速率不相等，反應沒有達到平衡狀態，故e不選；

故答案為ac；

(2) 尿素在負極發生失電子的氧化反應生成二氧化碳和氮氣，氧氣在正極得到電子發生還原反應生成水，正極電極反應為O2+4H++4e-=2H2O，負極電極反應為：CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；