Question

6．肼（N₂H₄）和氨是氮的两种常见化合物，在科学技术和生产中有广泛应用．回答下列问题：
（1）N₂H₄中N原子核外最外层达到8电子稳定结构．写出N₂H₄的结构式：．
（2）实验室用两种固体制取NH₃的反应化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
（3）NH₃与NaClO反应可得到肼（N₂H₄），该反应的化学方程式为2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（4）肼一空气燃料电池是一种碱性环保电池，该电池放电时，负极的反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．
（5）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO（NH₂）₂]反应的化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l），该反应的平衡常数和温度关系如表：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①焓变△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比）[n（NH₃）：n（CO₂]=x，如图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系．α随着x增大而增大的原因是c（NH₃）增大，平衡正向移动．图中A点处，NH₃的平衡转化率为42%．

	n（N2）	n（H2）	n（NH3）
甲	1mol	3mol	0mol
乙	0.5mol	1.5mol	1mol
丙	0mol	0mol	4mol

（6）在恒温恒容密闭容器中按照甲、乙、丙三种方式分别投料，发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），测得甲容器中H₂的平衡转化率为40%．
①判断乙容器中反应进行的方向是逆向（填“正向或“逆向”）移动．
②达平衡时，甲、乙、丙三容器中NH₃的体积分数大小顺序为丙＞甲=乙．
（7）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是负极 （填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（8）一定条件下，某密闭容器中发生反应：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定体积的密闭容器中，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，下列措施中可采用的是c（填字母代号）．
a．增大压强    b．适当升高温度    c．增大O₂的浓度    d．选择高效催化剂
（9）如果某氨水的电离程度为1%，浓度为0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至开始产生沉淀时（不考虑溶液体积变化），溶液中的NH₃•H₂O的浓度为0.002mol/L[已知K_sp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]．

Answer 1

分析 （1）联氨（N₂H₄）中N原子与其它三个原子成键，达到8电子稳定结构；
（2）实验室常用氯化铵固体与熟石灰固体共热来制取氨气；
（3）NH₃与NaClO反应可得到肼（N₂H₄），N元素的化合价升高，故还生成氯化钠与水；
（4）从作为燃料电池时，负极发生氧化反应的角度可知N₂H₄被氧化生成N₂；
（5）①依据平衡常数随温度变化分析判断反应吸热放热；
②增大反应物浓度，平衡正向进行；依据x含义和图象数据分析结合化学方程式换算氨气转化率；
（6）①根据甲、乙、丙三种方式分别投料形成的平衡不但等效也等同，然后根据甲平衡时各物质的物质的量来判断乙容器中反应进行的方向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡时NH₃的体积分数相等，丙相当于在甲平衡的基础上，再加入1molN₂、3molH₂，压强增大平衡向正反应方向移动，据此解答；
（7）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，由质量守恒可知，应生成氮气，如设计成氨气一氧气燃料电池，在碱性条件下，通入氨气的电极发生氧化反应，生成氮气；
（8）依据化学平衡移动原理结合 反应特征分析判断；
（9）依据溶度积常数计算氢氧根离子浓度，结合氨水电离度概念计算一水合氨溶液的浓度．

解答 解：（1）联氨（N₂H₄）中N原子与其它三个原子成键，达到8电子稳定结构，结构式为，故答案为：；
（2）制取氨气的反应物是氯化铵与熟石灰，生成物是氯化钙、水和氨气：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑；
（3）NH₃与NaClO发生氧化还原反应可得到肼（N₂H₄）、氯化钠和水，所以该反应的化学方程式为：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案为：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（4）肼一空气燃料碱性电池中，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
（5）①平衡常数随温度升高减小，说明正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），图象分析判断，增大氨气浓度平衡正向进行，A点处x=3，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为3，二氧化碳转化率为63%，假设氨气为3mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.63mol，
依据化学方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反应的氨气为1.26mol，
NH₃的平衡转化率=$\frac{1.26mol}{3mol}$×100%=42% 故答案为：c（NH₃）增大，平衡正向移动； 42%；
（6）①甲、乙、丙三种方式分别投料形成的平衡不但等效也等同，甲容器平衡时N₂、H₂和NH₃的物质的量分别为：0.6mol、1.8mol、0.8mol，则乙容器中反应进行的方向是逆向移动，故答案为：逆向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡时NH₃的体积分数相等，丙相当于在甲平衡的基础上，再加入1molN₂、3molH₂，压强增大平衡向正反应方向移动，氨气的体积分数增大，故体积分数：丙＞甲=乙，
故答案为：丙＞甲=乙；
（7）氨气在纯氧中燃烧，生成氮气和水，化学方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O；负极；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（8）4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定体积的密闭容器中，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，
a．反应是气体体积增大的反应，增大压强，反应速率增大，平衡逆向进行，故a不符合；
b．反应是放热反应，适当升高温度，反应速率增大，平衡逆向进行，故b不符合；
c．增大O₂的浓度，平衡正向进行，反应速率增大，故c符合；
d．选择高效催化剂只能改变化学反应速率，但不改变化学平衡，故d不符合；
故答案为：c；
（9）如果某氨水的电离程度为1%，浓度为0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至开始产生沉淀时（不考虑溶液体积变化），{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}，则依据溶度积常数计算：Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，c（Mg2+）=0.01mol/L，c（OH^-）=2×10-5mol/L，氨水的浓度=$\frac{2×1{0}^{-5}mol/L}{1%}$=0.002mol/L，
故答案为：0.002 mol/L．

点评 本题考查了原电池原理和电极反应书写应用，影响化学平衡因素分析判断，弱电解质和溶度积常数的计算理解，掌握基础是关键，题目难度中等．