Question

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)    ΔH₁

②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)    ΔH₂

则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)   ΔH＝                 。(请用含有ΔH₁、ΔH₂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(ΔH)、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，其中正确且能表明一段时间后该可逆反应达到了平衡状态的是           。

（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

（1）(3ΔH1+2ΔH2)/5 （2）①＜；②0.1mol·L－1·min－1 25% ③BC

（3）①N2H4－4e－＝N2↑+4H+ ②0.5

【解析】

试题分析：（1）①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l) ΔH1；②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l) ΔH2；根据盖斯定律，（①×3+②×2）/5得4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l) 则 ΔH＝(3ΔH1+2ΔH2)/5；

（2）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，说明合成氨的反应为放热反应，

①由表中数据可知，T1对应的氨气平衡时物质的量大，说明T1的温度低；则T1＜T2；

②T2K下，经过10min达到化学平衡状态，则

N2+3 H22NH3，

开始量 （mol） 4 9 0

转化量 （mol） 1 3 2

平衡量 （mol） 3 6 2

则0~10min内H2的平均速率v(H2)=△c/△t=（3/3）÷10=0.1mol·L－1·min－1；平衡时N2的转化率α(N2)=1/4×100%=25%；

③该反应中，随反应进行，焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量()为变量、N2体积分数φ(N2)为变量，气体密度（ρ）始终不变；随反应进行，气体的物质的量减小，则混合气体平均相对分子质量随时间增大而增大，直到平衡状态不再改变；N2体积分数逐渐减小，直到达平衡状态不再改变，则图中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是BC；

（3）①原电池中阳离子移向正极，由氢离子的移动方向可知，M区为负极，发生的电极反应式为N2H4－4e－＝N2↑+4H+；

②用惰性电极，电解饱和氯化钾溶液当pH值变为13时，c（OH-）=0.1mol/L，n（OH-）=0.1mol/L×0.5L=0.05mol，设需消耗N2H4的质量为xg，

N2H4～4e-～4OH-

32 4

x×80% 0.05mol

求得x=0.5g

考点：化学平衡图象，平衡计算，盖斯定律，电化学原理