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)    △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

（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（3分）

【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；根据盖斯定律可知（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+3H22NH3

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＝＝0.1mol·L－1·min－1；

平衡时N2的转化率α(N2)=×100%＝25%；

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A、对于具体的化学方程式反应热是不变，因此反应热不变不能表明该可逆反应达到平衡状态，A错误；B、混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以当平均相对分子质量不再发生变化时，能表明该可逆反应达到平衡状态，B正确；C、当氮气含量不再发生变化时，可以说明反应达到平衡状态，C正确；D、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，即密度始终是不变，D错误，答案选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，则

N2H4～4e-～4OH-

32 4

x×80% 0.05mol

解得x=0.5g。

考点：考查化学平衡图象，平衡计算，盖斯定律，电化学原理等