Question

研究氮及其化合物对化工生产有重要意义。

（1）已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)；△H=+180kJ·mol^-1

4NH₃(g)+5O₂(g)=4NO(g)+6H₂O(g)；△H=-908kJ·mol^-1

请写出氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式：____。

（2）工业合成氨的原理为：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)    ΔH=-92.4kJ·mol^-1。如图甲表示在一定体积的密闭容器中反应时N₂的物质的量浓度随时间的变化，图乙表示在其他条件不变的情况下，改变起始投料中H₂与N₂的物质的量之比（设为k）对该平衡的影响。

①已知图甲中0～t₁min内，v(H₂)=0.03mol·L^-1·min^-1，则t₁=____min；若从t₂min起仅改变一个反应条件，则所改变的条件可能是____（填一种即可）。

②图乙中，b点时k=____。

③已知某温度下该反应的平衡常数K=10，在该温度下向容器中同时加入下列浓度的混合气体：c(H₂)=0.1mol/L，c(N₂)=0.5mol/L，c(NH₃)=0.1mol/L，则在平衡建立过程中NH₃的浓度变化趋势是____（填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”）。

（3）联氨（又称肼，N₂H₄，无色液体）为二元弱碱，在水中的电离方式与氨相似，是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料。（已知：N₂H₄+H⁺N₂H₅⁺）

①N₂H₅⁺的电子式为____。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为____。

②联氨是一种常用的还原剂。写出向装有少量AgCl的试管中加入联氨溶液的化学方程式____。

（4）尿素(CO(NH₂)₂)是目前使用量较大的一种化学氮肥，工业上利用如图所示装置(阴、阳极均为惰性电极)电解尿素的碱性溶液制取氢气。

①该装置中阳极的总电极反应式为____。

②若两极共收集到气体22.4L(标准状况)，则消耗的尿素为____g(忽略气体的溶解)。

Answer

4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1808kJ·mol-1 30 降低温度（或增大H2浓度、减小NH3浓度） 3：1 逐渐减小 N2H6(HSO4)2 N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+4HCl（或3N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+2N2H6Cl2） CO(NH2)2+8OH--6e-=N2↑+CO32-+6H2O 15

【解析】

⑴根据盖斯定律，第二个方程式减去第一个方程式的5倍，得到氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式。

⑵①速率之比等于化学计量数之比，然后根据速率的计算公式求出时间；N2的物质的量浓度随时间的变化突然减小，结合影响化学平衡的因素来解答；②当N2与H2的起始体积比符合方程式中化学计量数之比时，达到平衡时氨的体积分数最大；③计算浓度商和化学平衡常数比较，判断化学平衡移动方向，进而判断平衡建立过程中NH3的浓度变化趋势。

⑶①根据N2H4电子式，分析N2H5+的电子式，其中含有一对孤对电子可以和氢离子形成配位键，联氨为二元弱碱，形成+2价阳离子；②联胺被银离子氧化生成氮气，银离子被还原生成单质银。

⑷第一个问题是电极反应式的书写，首先从价态变化上，判断阳极上产生氮气，然后根据化合价的变化和电子得失守恒，电荷守恒，书写关系式，根据电子守恒计算消耗尿素物质的量及质量。

⑴根据盖斯定律将第二个方程式减去第一个方程式的5倍，得到氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=−908 kJ·mol−1 −5×(+180 kJ·mol−1) = −1808 kJ·mol−1；故答案为：4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H=−1808 kJ·mol−1。

⑵①已知图甲中0～t1min内，υ(H2) = 0.03mol·L−1·min−1，υ(N2) = υ(H2) = ×0.03mol·L−1·min−1 = 0.01 mol·L−1·min−1= ，则t1=30 min；若从t2min起仅改变一个反应条件，氮气浓度降低，改变的条件可能是降低温度(或增大H2浓度、减小NH3浓度)；故答案为：30；降低温度(或增大H2浓度、减小NH3浓度)。

②当N2与H2的起始体积比符合方程式中化学计量数之比时，达到平衡时氨的体积分数最大，即图乙中，b点时k=3：1；故答案为：3：1。

③已知某温度下该反应的平衡常数K=10，在该温度下向容器中同时加入下列浓度的混合气体：c(H2)=0.1mol/L，c(N2)=0.5mol/L，c(NH3)=0.1mol/L，根据，平衡逆向移动，因此在平衡建立过程中NH3的浓度变化趋势是逐渐减小；故答案为：逐渐减小。

⑶①N2H4中氮氮之间共用一对电子，氮和氢共用一对电子，N2H5+是N2H4和H+形成配位键，其电子式为；联氨与硫酸形成的酸式盐，酸式根是HSO4－，联氨(又称肼，N2H4，无色液体)为二元弱碱，形成的阳离子为N2H62+，因此形成的酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2；故答案为：；N2H6(HSO4)2。

②联氨是一种常用的还原剂，少量AgCl的试管中加入联氨溶液反应生成氮气、银和HCl，其化学方程式N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+4HCl(或3N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+2N2H6Cl2)；故答案为：N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+4HCl(或3N2H4+4AgCl=N2↑+4Ag+2N2H6Cl2)。

⑷①氮气是尿素中氮化合价升高失去电子发生氧化反应，在电解质阳极反应，其阳极的总电极反应式为CO(NH2)2+8OH－−6e－=N2↑+CO32−+6H2O；故答案为：CO(NH2)2+8OH－−6e－=N2↑+CO32−+6H2O。

②根据6e－—N2—3H2—CO(NH2)2，转移6mol电子收集到4mol气体，消耗1mol尿素，若两极共收集到气体22.4L(标准状况)即1mol气体，消耗的尿素物质的量，质量为0.25mol×60 g∙mol −1 =15g；故答案为：15。