Question

氮及其化合物在工业生产等方面有重要的应用。工业合成氨是煤化工产业链中非常重要的一部分，发射卫星时可用肼(N₂H₄)作燃料。

(1)已知：17g NH₃(g)在一定条件下分解生成N₂(g)和H₂(g)，吸收46.1kJ的热量。则反应N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)  △H=_______________kJ·mol^-1

(2)在一定条件下，向容积为5L的恒容密闭容器中充入1mol N₂、3molH₂，10min后，测得容器内NH₃为1mol，则用N₂表示的平均反应速率为______________________。

(3)已知在298K时1g肼气体燃烧生成N₂和水蒸气，放出16.7kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是__________(填字母序号)

A.N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O  △H=－534.4kJ·mol^—1

B.N₂H₄(g)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(l)  △H=－534.4kJ·mol^—1

C.N₂H₄(g)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(g)  △H=－534.4kJ·mol^—1

D.N₂H₄(g)+O₂(g)= N₂(g)+2H₂O(g)  △H=－16.7kJ·mol^—1

(4)N₂H₄、O₂和KOH溶液组成的燃料电池生成水和氮气。

①负极反应式为_____________。

②放电时，溶液中的阴离子向_______极移动(填“正”或“负”)。

③放电时，正极区溶液的碱性___________(填“增强”、“减弱”或“不变”)。

Answer

-92.2 0.01 mol·L-1·min-1 C N2H4－4e－＋4OH－= N2↑＋4H2O 负 增强

【解析】

(1)根据17g NH3(g)在一定条件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ的热量计算1molNH3(g)在一定条件下分解吸收的热量，合成氨气是分解氨气的逆过程吸收和放出的热量数值相等，据此计算书写；

(2)依题意计算NH3反应速率，利用反应速率之比等于反应计量系数之比，计算N2的平均反应速率；

(3)1g气态肼在氧气中燃烧生成氮气和液态水时，可放出17kJ的热量，32gN2H4燃烧生成CO2和液态水时放热17kJ×32=544kJ，1molN2H4质量为32克，所以完全燃烧1molN2H4生成氮气和液态水放热544kJ，根据书写热化学方程式注意点，必须注明各反应物、生成物的状态（s、l、g、aq），不标“↑”和“↓”符号；△H只能写在标有反应物或生成物状态的化学方程式的右边，若为吸热反应，△H为“+”；若为放热反应，△H为“-”；△H的单位一般为kJ/mol书写热化学方程式；据此即可解答；

(4) 肼、氧气和氢氧化钾构成燃料电池，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则A为负极，B为正极，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，放电时原电池中阴离子向负极移动，根据电解质溶液的变化来分析溶液pH的变化。

(1)已知：17g NH3(g)即为1mol，在一定条件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ的热量，则2mol NH3(g) 在一定条件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ×2mol=92.2kJ的热量，合成氨气是分解氨气的逆过程，吸收和放出的热量数值相等，合成氨气是放热反应，则反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H=-92.2kJ·mol-1；

(2)在一定条件下，向容积为5L的恒容密闭容器中充入1mol N2、3molH2，10min后，测得容器内NH3为1mol，则NH3的浓度变化量==0.2mol/L，10min内NH3的平均反应速率==0.02mol·L-1·min-1，根据反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ，反应速率之比等于反应计量系数之比，v(N2)=v(NH3)=×0.02mol·L-1·min-1=0.01mol·L-1·min-1；

(3) 1molN2H4质量为32克，1g气态肼在氧气中燃烧生成氮气和液态水时，可放出16.7kJ的热量，1molN2H4质量为32克，则32gN2H4燃烧生成氮气和液态水时放热16.7kJ×32=534.4kJ，根据书写热化学方程式注意点放热反应，△H为“−”，所以，△H=−534.4kJ⋅mol−1，N2H4、O2、N2、H2O都为气态，所以反应的热化学方程式为：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－534.4kJ·mol—1，答案选C；

(4)①根据分析，负极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑；

②放电时为原电池，原电池中的阴离子向负极移动，则溶液中的阴离子向负极移动；

③根据分析放电时，正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，正极区产生氢氧根离子，溶液的碱性增强。