Question

【题目】氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。回答下列问题：

（1）肼（N2H4）是一种良好的火箭燃料，拉希格法是制备肼的传统方法，该方法是在5℃条件下，NaClO与NH3反应生成NH2Cl与NaOH，然后在140℃左右的条件下，将上述反应后混合物与氨混合，反应生成肼。上述两步反应中，氧化产物是______________（写化学式）。

（2）机动车尾气已成为城市大气的主要污染源，机动车尾气中的主要有害物质为氮的氧化物。目前科技工作者正在探索用甲烷等燃料气体将氮氧化物还原为N2和水，涉及到的反应有：

CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574 kJ·mol1

CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH2=867 kJ·mol1

写出CH4还原NO生成N2的热化学方程式：____________________________。

（3）变质的蔬菜类食物中含有亚硝酸盐，一定温度下，形成该盐的亚硝酸（HNO2）的电离常数Ka=4.0×104。在20 mL 0.01 mol·L1的亚硝酸中逐滴滴加0.01 mol·L1的NaOH溶液，测得混合液的pH变化如图，则图中a点的值为______，b点溶液呈酸性，其原因是__________________，d点溶液呈碱性，原因是______________________________。（已知lg2≈0.3）

（4）工业合成氨的反应原理为：N2(g)+ 3H2 (g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol1。保持反应体系的容积不变，在其中加入一定量的H2和N2，体系中各物质浓度随时间变化如图所示：

①若上述反应体系的容积为2 L，则0~20 min时间内，ν(H2)= ______________，该过程中放出的热量为94.4 kJ，则a=______________。

②25 min时将NH3从反应体系中完全分离出去，45 min时改变温度，在原图中画出25 min~60 min的NH3浓度变化曲线。

Answer 1

【答案】（1）NH2Cl、N2H4 （2分）

（2）CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=1160 kJ·mol1（3分）

（3）2.7（2分） HNO2的电离大于的水解（2分） 水解显碱性（1分）

（4）①0.075 mol·L1·min1 （1分） 94.4（2分）

②（2分）

【解析】（1）根据题目信息提示可知，NH2Cl是第一个反应的氧化产物，也是还原产物；N2H4是第二个反应的氧化产物，也是还原产物。

（2）根据盖斯定律，第二个热化学方程式乘以2，然后减去第一个热化学方程式可得新的热化学方程式：CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=867 kJ·mol1×2(574 kJ·mol1)=1160 kJ·mol1。

（3）HNO2H＋+，K=[c(H＋)·c()]/c(HNO2 )≈c2(H＋)/0.01 mol·L1，得c(H＋)=

2.0×103 mol·L1 ，即a点pH=3lg2=2.7；根据图象可知，b点溶液为等浓度的HNO2、NaNO2的混合溶液，存在+H2OHNO2+OH，HNO2H＋+，由于电离程度大于水解程度，故溶液显酸性；d点为NaNO2溶液，水解显碱性。

（4）①由图象可知，20 min时反应达到平衡，c(H2)=1.50 mol·L1，故v(H2)=(3.00 mol·L11.50 mol·L1) /20 min=0.075 mol·L1·min1；达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol·L1×2 L=2.00 mol，反应放出94.4 kJ热量，故由可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol1可知a=94.4。②25 min时将NH3从反应体系中分离出去，氨气的物质的量迅速变为0，而氮气、氢气的物质的量不变，之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，根据可逆反应方程式及图象中氢气和氮气的浓度，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度/ mol·L1 0.5 1.5 0

变化浓度/ mol·L1 0.19 0.57 0.38

平衡浓度/ mol·L1 0.31 0.93 0.38

可知45 min时c(NH3)=0.38 mol·L1，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度/ mol·L1 0.31 0.93 0.38

变化浓度/ mol·L1 0.06 0.18 0.12

平衡浓度/ mol·L1 0.25 0.75 0.50

可知60 min时，c(NH3)=0.50 mol·L1。