Question

4．氮及其化合物在生产、生活中具有重要作用．
（1）利用NH₃的还原性可消除氮氧化物的污染，相关热化学方程式如下：
H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=+229.3kJ•mol^-1
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1
则：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₄=-2317kJ•mol^-1．
（2）使用NaBH₄为诱导剂，可使Co²⁺与肼（N₂H₄）在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，并产生可参与大气循环的气体
①写出该反应的离子方程式：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O．
②在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图1所示，则肼分解反应的化学平衡常数的表达式为：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反应温度（任写一种）．

（3）NF₃在微电子工业上常用作蚀刻剂，在对硅、氮化硅等材料进行蚀刻时，具有非常优异的蚀刻速率和选择性，且在被蚀刻物表面无物质残留，不会污染表面．工业上通过电解含NH₄F等的无水熔融物生产NF₃，其电解原理如图2所示．
①a电极为电解池的阳极，该电极的电极反应式为NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺．
②以NF₃蚀刻Si₃N₄为例，解释被蚀刻物表面无物质残留的原因是4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑．
③NF₃能与水发生反应，生成两种酸及一种气态氧化物，其中两种酸分别是HF和HNO₃．

Answer 1

分析 （1）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
由盖斯定律可知（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）①依据题意，反应物为Co²⁺与肼（N₂H₄）、碱性条件下存在OH^-，生成物为：钴单质，据此得出Co的化合价降低，故N的化合价升高，只能为0价，即氮气，依据氧化还原反应得失电子守恒回答即可；
②使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$，由图1得知：温度越高，肼的百分含量越低，即分解的越快；
（3）①电解含NH₄F等的无水熔融物生产NF₃，N元素被氧化，则a为阳极；
②NF₃与Si₃N₄发生氧化还原反应，生成氮气和四氟化硅，无残留；
③NF₃与水反应生成硝酸和HF酸，方程式为3NF₃+5H₂O=2NO↑+9HF+HNO₃．

解答 解：（1）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l），故△H₄=-906.5-（229.3×5）-（44×6）=-2317kJ•mol^-1，
故答案为：-2317；
（2）①依据题意，反应物为Co²⁺与肼（N₂H₄）、碱性条件下存在OH^-，生成物为：钴单质，据此得出Co的化合价降低，故N的化合价升高，只能为0价，即氮气，据此得出还有水生成，氧化还原反应中存在得失电子守恒以及元素守恒，故此反应的离子反应方程式为：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O，
故答案为：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O；
②使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，即肼分解生成氨气，依据元素守恒得知另外一种产物为氮气，故化学反应方程式为：3N₂H₄$\frac{\underline{催化剂}}{△}$N₂+4NH₃，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$，由图1可知，温度越高，肼的体积分数含量越低，故要抑制肼的分解，应降低反应温度，
故答案为：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$；降低反应温度；
（3）①电解含NH₄F等的无水熔融物生产NF₃，N元素被氧化，则a为阳极，发生NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺，
故答案为：阳；NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺；
②NF₃与Si₃N₄发生氧化还原反应，反应方程式为4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑，生成氮气和四氟化硅，无残留，
故答案为：4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑；
③NF₃与水反应生成硝酸和HF酸，方程式为3NF₃+5H₂O=2NO↑+9HF+HNO₃，
故答案为：HF和HNO₃．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、氧化还原反应方程式书写、电解池反应原理等知识，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，综合性较强，难度较大，注意相关知识的整理归纳．