Question

【題目】（一）檢驗火柴頭中氯元素的其中一種方法是將火柴頭浸于水中，片刻后取少量溶液于試管中，加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，若出現白色沉淀，說明含氯元素。寫出上述檢驗原理的總離子方程式：___________________________。

（二）肼(N2H4)作為一種重要的氮氫化合物，氫質量分數高達12.5%，完全分解產物為H2和N2，是一種理想的液體氫源。N2H4分解過程中發生完全分解和不完全分解。

完全分解： N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 I

不完全分解： 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g) ΔH2 II

反應II的焓變不易測量，現查表得如下數據：

2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH3 = +92 kJ·mol-1 (該反應實際未發生)

（1）反應II在__________(填高溫、低溫或任意溫度)條件下可以自發進行。

（2）在體積固定的密閉容器中，以Ir/Al2O3為催化劑，在不同溫度下(催化劑均未失活)分解等量N2H4(一開始體系中無其他氣體)，測得反應相同時間后的N2H4、NH3和H2體積分數如圖1所示：

①下列說法正確的是_____________

A.據圖可知200℃時，反應 I的活化能低于反應II的活化能

B.300℃后N2H4的體積分數略有提高，可能由于反應II逆向移動導致

C.換用選擇更高的Ni/Ir復合催化劑可提高N2H4的平衡轉化率

D.400℃是該制氫工藝比較合適的生產溫度

②若某溫度下在1 L體積固定的密閉容器中加入1molN2H4，反應一段時間后達到平衡狀態，此時H2與NH3的物質的量均為0.4mol。請計算該溫度下反應 I的平衡常數KC=___________________（Kc為用氣體的濃度表示的平衡常數）

③若在600~1000°C下進行上述實驗，請預測并在上圖中補充H2體積分數的變化趨勢_______。

（3）近期，來自四位非洲的女孩打造了一臺靠尿液驅動的發電機，其原理是把尿液以電解的方式分離出提供設備發電使用的氫氣的技術，同時將尿液脫氮（轉化為大氣循環的無污染氣體）減輕生活污水處理。以純尿液為電解液（以NH4+表示尿液中氮元素的存在形式），寫出該電解過程的總反應方程式：________________________________________

Answer 1

【答案】 Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3- 任意溫度 B 0.096

【解析】（一）火柴頭含有氯酸鉀，與NaNO2溶液反應，ClO3-被還原為Cl-，加入硝酸銀后Cl-與Ag+反應生成氯化銀白色沉淀，證明含氯元素。

（二）（1）①A. 根據圖像可知，在200℃時，先發生反應II，說明反應II的活化能較低；B.反應II為吸熱反應，升高溫度，平衡右移，增大了氮氣、氫氣的量，針對N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 =-50.6 kJ·mol-1 ，3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)反應來說，增加生成物濃度，平衡左移，N2H4的體積分數略有提高；C. 催化劑能夠加快反應速率，但是平衡不移動；D.根據圖像可知溫度500℃左右時，氫氣的百分含量最大。

②根據反應N2H4(g) N2(g) + 2H2(g)

起始量 1 0 0

變化量 X X 2X

平衡量 1-X X 2X

根據反應 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)

起始量 1-X 0 2X

變化量 0.3 0.4 0.1

平衡量 1-X-0.3 0.4 0.1+X

根據已知信息計算出反應I的平衡濃度，帶入平衡常數公式進行計算。

③對于N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 反應，升高溫度，平衡左移，H2體積分數的減小，按此規律畫圖。

（3）電解含有NH4+的溶液，-3價氮升高到0價，氫元素由+1價降低到0價，據此寫出電解過程的總反應方程式。

（一）火柴頭中含有氯酸鉀，將火柴頭浸于水中，片刻后取少量溶液于試管中，加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，ClO3-被還原為Cl-，Cl-與Ag+反應生成氯化銀白色沉淀，說明含氯元素。離子方程式：Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3-；正確答案：Ag++3NO2-+ClO3-=AgCl↓+3NO3-。

（二）（1）根據蓋斯定律：反應I×3-反應III×2，整理得反應II：2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH2 = -345.8 kJ·mol-1，S>0，ΔH<0，該反應在任意溫度條件下可以自發進行；正確答案：任意溫度。

（2）①根據圖像可知，反應在200℃時，氫氣的體積分數為0，氨氣的體積分數較大，說明反應II易發生，活化能比反應I的低，A錯誤；反應II：2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ΔH3 = +92 kJ·mol-1，升高溫度，平衡右移，氨氣的量減小，氮氣、氫氣的量增多，針對N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 =-50.6 kJ·mol-1 ，3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)反應，增大生成物濃度，平衡左移，N2H4的體積分數略有提高，B正確；催化劑能夠加快反應速率，但是平衡不移動，不能提高N2H4的平衡轉化率，C錯誤；根據圖像可知，溫度在500℃左右時，氫氣的百分含量最大，D錯誤；正確選項B。

②根據反應N2H4(g) N2(g) + 2H2(g)

起始量 1 0 0

變化量 X X 2X

平衡量 1-X X 2X

根據反應 3N2H4(g) 4NH3(g) + N2(g)

起始量 1-X 0 2X

變化量 0.3 0.4 0.1

平衡量 1-X-0.3 0.4 0.1+X

根據題給信息可知：2X=0.4，X=0.2mol,所以達到平衡時，c(N2H4)= 1-0.2-0.3=0.5mol/L；c(N2)= 0.1+0.2=0.3 mol/L；c(H2)=2×0.2=0.4 mol/L；該溫度下反應 I的平衡常數KC=（0.4）2×0.3/0.5=0.096；正確答案：0.096。

③對于N2H4(g) N2(g) + 2H2(g) ΔH1 = -50.6 kJ·mol-1 反應，升高溫度，平衡左移，H2體積分數的減小，具體圖像如下：；正確答案：。

（3）電解含有NH4+的溶液，-3價氮升高到0價，氫元素由+1價降低到0價，該電解過程的總反應方程式：；正確答案：。