Question

I．氮是地球上含量丰富的一种元素，氨、肼(N₂H₄)、尿素、偏二甲肼(C₂H₈N₂)是氮的常见化合物，在科学技术和生产中有重要的应用。

(1)肼(N₂H₄)是一种高能燃料，写出肼的电子式________，有关化学反应的能量变化如下图所示，已知H₂O(g)=H₂O(l)    ΔH＝-44kJ·mol^-1，写出肼燃烧的燃烧热的热化学方程式为 __________ 。

(2)火箭使用偏二甲肼(C₂H₈N₂)作燃料，四氧化二氮(N₂O₄)为氧化剂，燃烧反应放出巨大能量把火箭送入太空，该反应的化学方程式为____________。

II．氨的合成是最重要的化工生产之一。

已知：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g)    ΔH＝－92.4 kJ·mol^-1

在甲、乙、丙三个不同密闭容器中，按不同方式投料，起始温度和容积相同，相关数据如下表所示：  

容器	甲	乙	丙
相关条件	恒温恒容	绝热恒容	恒温恒压
反应物投料	1molN2、3molH2	2molNH3	2molNH3
平衡时容器体积	V甲	V乙	V丙
反应的平衡常数K	K甲	K乙	K丙
平衡时NH3的浓度/mol•L^-1	c甲	c乙	c丙
平衡时NH3的反应速率/mol•L^-1•min^-1	υ甲	υ乙	υ丙

则平衡时容器的体积V_甲____________V_丙，平衡常数K_丙_________K_乙(填>、<或=)

III．尿素(H₂NCONH₂)是一种非常重要的高氮化肥，在工农业生产中有着非常重要的地位。

(1)合成尿素的第一步反应为：2NH₃(g)+CO₂(g)⇌ H₂NCOONH₄(氨基甲酸铵)(l)   △H₁ ，若加入恒温、恒容容器中的NH₃和CO₂的物质的量之比为2：1，能说明反应达到化学平衡状态的是________

a． CO₂的浓度不再变化      b． NH₃的百分含量不再变化      c． 容器内气体的密度不再变化    d． 混合气体的平均相对分子质量不再变化    e． 2υ(NH₃)_正=υ (CO₂)_逆

(2)尿素(NH₂CONH₂) 燃料电池结构如图所示。其工作时负极电极反应式可表示为：_________。

Answer

N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1 C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O ＜ ＜ ac CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+

【解析】

I．肼(N2H4)是共价化合物，根据盖斯定律和燃烧热的概念解题；偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮为氧化剂，燃烧主要产生CO2、N2，根据元素守恒知还生成水，根据反应物、生成物书写方程式；

II．建立等效平衡，并结合影响平衡常数的因素解题；

III．(1)结合平衡状态的特征υ正=υ逆≠0及各物质的量保持恒定分析判断；

(2)燃烧电池通O2的极为正极，负极发生氧化反应。

I．(1)肼(N2H4)是共价化合物，其电子式为；由能量变化图可知①N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=(2218kJ·mol-1)-(2752 kJ·mol-1)=-534kJ·mol-1，已知②H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol-1，则根据盖斯定律可知①+②×2得N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=(-534kJ·mol-1)+(-44kJ·mol-1)×2= -622kJ·mol-1，即肼燃烧的燃烧热的热化学方程式为N2H4 (g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH= -622kJ·mol-1；

(2) 偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮为氧化剂，燃烧主要产生CO2、N2，根据元素守恒知还生成水，则该反应方程式为C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O；

II．甲、丙若均恒温恒容，则完全等效，由反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)可知，丙容器内气体总物质的量增大，改为恒温恒压时，容器体积增大，故V甲＜V丙；根据N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1可知，乙、丙相比，氨的分解为吸热反应，乙保持绝热，温度降低，丙保持恒温，温度高于乙，温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，则K丙＜K乙；

III．(1) a．CO2的浓度不再变化，说明反应达到平衡状态，故a选；

b．氨基甲酸铵呈液态，起始加入的NH3和CO2物质的量之比为2:1，消耗的NH3和CO2物质的量之比恒为2:1，故无论反应是否达到平衡NH3和CO2物质的量之比恒为2:1，NH3的百分含量始终不变，即NH3的百分含量不再变化不能说明反应达到平衡状态，故b不选；

c．建立平衡过程中气体的质量减小，在恒容条件下，容器内气体的密度减小，容器内气体的密度不再变化能说明反应达到平衡状态，故c选；

d．氨基甲酸铵呈液态，起始加入的NH3和CO2物质的量之比为2:1，消耗的NH3和CO2物质的量之比恒为2:1，故无论反应是否达到平衡NH3和CO2物质的量之比恒为2:1，混合气体的平均相对分子质量恒为17×+44×=26，混合气体的平均相对分子质量不再变化不能说明反应达到平衡状态，故d不选；

e．2υ(NH3)正=υ (CO2)逆时正、逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，故e不选；

故答案为ac；

(2) 尿素在负极发生失电子的氧化反应生成二氧化碳和氮气，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，正极电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，负极电极反应为：CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；