Question

【题目】氮元素可以形成多种物质，根据已学的知识，回答下列问题：

（1）氮原子的核外电子排布式是___________，其最外层电子有_____种不同的运动状态。

（2）氮气在常温常压下是很稳定的，对此的合理解释是____________________。

（3）N元素处于同一主族的P、As元素，这三种元素形成的气态氢化物的稳定性由大到小的顺序是________________________。

(4)工业上常用氮气与氢气来合成氨气，温度控制在400～500 ℃，采用铁触媒做催化剂，压强控制在2 ⅹ 105 ～ 5 ⅹ 105 Pa。

①该反应的化学方程式为_____________________。

它的平衡常数表达式为_______________________。

②在一体积为10 L的密闭容器中充入了280 g N2，100 g H2，反应半小时后，测得有34 g NH3生成，则用H2表示该反应的速率为_________mol/(Lmin)。此时，氮气的转化率为__________。

③下列判断可以作为该反应达到平衡的标志的是（_______）

A．单位时间内每消耗1摩尔氮气的同时消耗3摩尔氢气

B．混合气体的平均分子量不再发生变化

C．混合气体的密度保持不变

D．体系的温度不再变化

④当反应达到平衡后的t2时刻，将混合气体通过“分子筛”，可以及时将产物NH3分理出平衡体系，这会使得平衡正向移动，请根据平衡移动原理，在下图中画出t2时刻后平衡移动的示意图：_____________

⑤当及时分离出氨气后，工业上常常将氮气、氢气再次转移到反应器，这样做的原因是________________。

⑥氨气常用来生产化肥NH4Cl，NH4Cl溶于水会使得溶液显__________性，在该盐的水溶液中存在多种微粒：NH4+、NH3H2O、H+、Ci-，这些离子浓度由大到小的顺序为_________；该盐溶液中还存在多种守恒，请任意写出一种合理的守恒关系式___________________。

⑦工业上常用氨气来制备硝酸，其中第1步是用氨气与纯氧在Cr2O3的催化作用下制得NO和水。请写出这个反应的化学方程式并配平______________________。该反应中，还原剂是_________________，若反应中转移了1.204 ⅹ 1024 个电子，则生成的 NO在标准状况下的体积是________L。

Answer 1

【答案】 1s22s22p3 5 氮气分子中存在叁健 NH3 > PH3 > AsH3 N2 + 3H2 = 2NH3 0.01 mol/(Lmin) 10% BD 提高原料N2、H2的利用率，降低生产成本 酸性 [ Cl-] 〉[NH4+] 〉[H+] 〉[NH3H2O] [H+] + [NH4+] = [OH-] + [Cl-] 或 [Cl-] = [NH3H2O]+ [NH4+]或 [H+] = [OH-] + [NH3H2O] 4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O NH3 8.96 L

【解析】（1）氮元素的核电荷数为7，基态氮原子的核外电子排布式是 1s22s22p3，其最外层电子数为5，有5种不同的运动状态；

（2）氮气分子中存在叁健，导致氮气在常温常压下化学性质很稳定；

（3）非金属性越强形成的气态氢化物的稳定性越强，N、P、As元素的非金属性随核电荷数增大而减小，则三种元素形成的气态氢化物的稳定性由大到小的顺序是NH3＞PH3＞AsH3 ；

(4) ①合成氨反应的化学方程式为N2 + 3H2 2NH3；此反应的平衡常数表达式为；

②在一体积为10 L的密闭容器中充入=10molN2， =50molH2，反应半小时后，测得有=2molNH3生成，则用H2表示该反应的速率为×mol/(Lmin)=0.01 mol/(Lmin)；此时，氮气的转化率为×100%=10%；

③A．单位时间内每消耗1摩尔氮气的同时消耗3摩尔氢气，均为正反应速率，无法判断是平衡状态，故A错误；B．混合气体的质量始终不变，混合气体的总物质的量是不定值，混合气体的平均分子量不再发生变化，说明反应达到平衡，故B正确；C．混合气体的质量和体积始终不变，密度保持不变，无法说明是平衡状态，故C错误；D．体系的温度不再变化，说明反应处于相对静止状态，是平衡状态，故D正确；答案为BD；

④平衡后将NH3分离出平衡体系，即减小生成物的浓度，逆反应速率瞬间减小，正反应速率瞬间不变，平衡正向移动，重新形成新的平衡状态，t2时刻后平衡移动的示意图为；

⑤将反应后的氮气、氢气再次转移到反应器，这样做提高原料N2、H2的利用率，降低生产成本；

⑥NH4Cl溶于水，NH4+的水解会使得溶液显酸性，在该盐的水溶液中存在多种微粒：NH4+、NH3H2O、H+、Cl-，其中NH3H2O是水解产物，H+来源于水和NH4+的水解，

则离子浓度由大到小的顺序为[ Cl-] 〉[NH4+] 〉[H+] 〉[NH3H2O] ；该盐溶液中存在盐类水解平衡和水的电离平衡，存在物料守恒、电荷守恒及质子守恒等，如 [H+] + [NH4+] = [OH-] + [Cl-] 或 [Cl-] = [NH3H2O]+ [NH4+]或 [H+] = [OH-] + [NH3H2O] ；

⑦氨气与纯氧在Cr2O3的催化作用下制得NO和水，根据电子守恒及原子守恒得此反应的化学方程式4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，该反应中，氨气中氮元素化合价升高，发生氧化反应，氨气是还原剂，若反应中转移了1.204×1024个电子，即转移2mol电子，参加反应的NH3的物质的量为=0.4mol，生成NO的物质的量为0.4mol， NO在标准状况下的体积是0.4mol×22.4L/mol=8.96L。