Question

(14分)氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。

（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：

①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)    △H₁

②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)    △H₂

则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)   △H＝                 。(请用含有△H₁、△H₂的式子表示)

（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度(K)	平衡时NH3的物质的量(mol)
T1	2．4
T2	2．0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。

①则T₁       T₂(填“>”、“<”或“=”)

②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=          ，平衡时N₂的转化率α(N₂)=           。

③下列图像分别代表焓变(△H)、混合气体平均相对分子质量()、N₂体积分数φ(N₂)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是           。

（3）某N₂H₄(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为                                           。

②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为          g(假设溶液电解前后体积不变)。

Answer

(14分)

（1）(3△H1+2△H2)/5(2分)

（2）①＜(2分)

②0．1mol·L-1·min-1 (2分) 25%(2分)

③BC(2分)

（3）①N2H4－4e-===N2↑+4H+（2分） ②0.5（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，（①×3+②×2）/5即可得到反应 4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l)的△H＝(3△H1+2△H2)/5；

（2）①根据已知可得合成氨的反应为放热反应，T1时氨气的物质的量大于T2时氨气的物质的量，说明从T1到T2，平衡逆向移动，则温度升高，平衡逆向移动，所以T1＜ T2；

②在T2 K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内氨气的反应速率为2.0mol/3L/10min，氢气的反应速率是氨气反应速率的3/2倍，所以H2的平均速率v(H2)= 2.0mol/3L/10min×3/2= 0.1mol·L-1·min-1 ； 氨气的物质的量为2.0mol，说明消耗氮气的物质的量是1.0mol，所以氮气的转化率是1mol/4mol×100%=25%；

③A、一个化学化学方程式的反应热是固定的，始终不变，图象正确，但不能判断为平衡状态，错误；B、合成氨反应是气体的物质的量减小的可逆反应，所以气体的平均相对分子质量增大，达到平衡时，则不再变化，正确；C、随反应的进行，氮气的体积分数不断减小，达到平衡时，不再减小，保持不变，正确 ；D、容器的体积不变，所以气体的密度始终不变，图象正确，但不能判断为平衡状态，错误，答案选BC ；

(3)①根据氢离子的移动方向可知，M为负极，N为正极，则M极发生氧化反应，所以N2H4商丘电子生成氮气和氢离子，电极反应式是N2H4－4e-===N2↑+4H+； ===

②电解饱和氯化钾溶液的化学方程式是2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑，当溶液的pH值变为13时氢氧根离子的物质的量是0.1mol/L×0.5L=0.05mol，则生成氢气的物质的量是0.025mol，转移电子的物质的量是0.05mol，若该燃料电池的能量利用率为80%,根据电极反应式N2H4－4e-===N2↑+4H+可知，需要N2H4的物质的量是0.05/4mol/80%=，则N2H4的质量是0.05mol/4/80%×32g/mol=0.5g。

考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡状态、移动的判断，电化学反应原理的应用