题目内容

8．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．请回答下列问题．
（1）如图是1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图（图中涉及物质为气态），请写出NO2和CO反应的热化学方程式NO2（g）+CO（g）=NO（g）+CO2（g）△H=-234 kJ•mol-1．
（2）在体积为3L的恒容密闭容器中，投入4molN2和9molH2，在一定条件下合成氨，不同温度下测得的数据如表所示：
温度（K）平衡时NH3的物质的量（mol）
T12.4
T22.0
已知：破坏1molN2（g）和3molH2（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2molNH3（g）中的化学键消耗的能量．
①则T1＜T2 （填“＞”“＜”或“=”）
②在T2K下，经过5min达到化学平衡状态，则0～5min内H2的平均速率v（H2）=0.2mol•L-1•min-1．
平衡时N2的转化率α（N2）=25%．若再增加氢气浓度，该反应的平衡常数将不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中NH4+浓度逐渐增大，写出该电池的正极反应式：N2+8H++6e-═2NH4+．
（4）已知室温下当NH4Cl溶液的浓度小于0.1mol/L时，其pH＞5.1．现用0.1mol/L的盐酸滴定10mL0.05mol/K的氨水，用甲基橙做指示剂达到终点时所用盐酸的量应是大于5mL．（填“大于”、“小于”或“等于”），此时溶液中离子浓度大小顺序为c （Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）．

分析 （1）反应热等于=正反应的活化能减去逆反应的活化能，由图可知，1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO放出热量368-134=234kJ，根据热化学方程式书写原则进行书写；
（2）破坏1mol N2（g）和3mol H2（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH3（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T1对应的氨气平衡时物质的量大，则T1的温度低；
②T2K下，经过10min达到化学平衡状态，则根据三段式结合v=$\frac{△c}{△t}$及转化率计算；平衡常数是温度的函数温度不变平衡常数不变；
（3）正极发生还原反应，氮气在正极得到电子，酸性条件下生成NH4+；
（4）按照酸碱恰好中和反应进行计算，可知需消耗盐酸体积为5ml，依据题干信息可知，此时溶液PH值大于5.1，而甲基橙的变色范围在3.1-4.4范围，不变色，故应继续向其中滴加盐酸方可发生变色，NH4Cl为强酸弱碱盐，NH4+水解导致溶液呈酸性，根据电荷守恒判断离子浓度大小．

解答 解：（1）反应热等于=正反应的活化能减去逆反应的活化能，由图可知，1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO放出热量368-134=234kJ，反应热化学方程式为NO2（g）+CO（g）=NO（g）+CO2（g）△H=-234 kJ•mol-1，
故答案为：NO2（g）+CO（g）=NO（g）+CO2（g）△H=-234 kJ•mol-1；
（2）破坏1mol N2（g）和3mol H2（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH3（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T1对应的氨气平衡时物质的量大，则T1的温度低，则T1＜T2，
故答案为：＜；
②T2K下，经过5min达到化学平衡状态，则
        N2+3 H2?2NH3，
开始 4      9        0
转化 1     3         2
平衡 3     6         2
v（H2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{5min}$=0.2mol•L-1•min-1，
平衡时N2的转化率α（N2）=$\frac{1}{4}$×100%=25%，平衡常数是温度的函数，若再增加氢气浓度，温度不变平衡常数不变，
故答案为：0.2mol•L-1•min-1；25%；不变；
（3）以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，正极发生还原反应，氮气在正极得到电子，酸性条件下生成NH4+，正极电极反应为N2+8H++6e-═2NH4+，
故答案为：N2+8H++6e-═2NH4+；
（4）按照酸碱恰好中和反应：HCl+NH3•H20=NH4Cl+H20进行计算，可知滴定10mL0.05mol/L氨水需消耗0.1mol/L盐酸体积为5ml，依据题干信息可知，此时溶液PH值大于5.1，而甲基橙的变色范围在3.1-4.4范围，不变色，故应继续向其中滴加盐酸方可发生变色，所以终点时所用盐酸的量应大于5mL，NH4Cl为强酸弱碱盐，NH4+水解导致溶液呈酸性，即c（OH-）＜c（H+），根据电荷守恒得c（Cl-）＞c（NH4+），所以离子浓度大小顺序是c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-），
故答案为：大于；  c （Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）．

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡常数、反应速率计算、酸碱中和反应、离子浓度大小比较，题目难度中等，注意对基础知识的理解掌握，注意图象的分析应用，化学平衡的知识是该题的难点．

练习册系列答案
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19．下列属于化学变化的是（　　）
A．煤的干馏B．石油的裂解C．煤的气化D．石油的分馏
20．关于碱金属单质的性质叙述错误的是（　　）
A．都能够在空气中剧烈燃烧
B．都能够与水反应生成碱和H2
C．都可以保存在煤油中
D．都是密度比较小、熔点比较低的金属
17．下列有关溶液组成的描述合理的是（　　）
A．无色溶液中可能大量存在Al3+、NH4+、Cl-、S2-
B．pH=1的溶液中大量存在Na+、NH4+、SiO32-、I-
C．弱碱性溶液中可能大量存在Na+、K+、Cl-、HCO3-
D．0.1mol•L-1NaAlO2溶液中可能大量存在Na+、H+、Cl-、SO42-
3．如图是某温度下，N2与H2反应过程中能量变化的曲线图．该反应的热化学方程式为N2（s）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92 kJ/mola、b两条曲线产生区别的原因很可能是a不适用催化剂，b使用了催化剂．
13．工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；△H=-41kJ/mol
已知：2H2O （g）═2H2（g）+O2（g）；△H=+484kJ/mol，
①写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJ/mol．
②某温度下，在一容积可变的容器中，CO转化生成CO2的反应达到平衡时，CO、O2和CO2的物质的量分别为4mol、2mol、和4mol．保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整，可使平衡右移的是：（填序号）A．
A． 均增加1mol   B． 均加倍   C． 均减少1mol   D． 均减半．
20．氢气将会成为21世纪最理想的能源．
（1）目前常用甲烷与水蒸汽反应制得CO和H2，每获得168L H2（已折算成标准状况）需消耗540KJ热量，写出该反应的热化学方程式$\frac{5}{2}$CH4（g）+$\frac{5}{2}$H2O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H2（g）△H=+540KJ•mol-1．
（2）化合物A是一种储氢容量高、安全性好的固体储氢材料，其储氢原理可表示为：
A（s）+H2（g） $?_{释氢}^{贮氢}$ B（s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol-1…①
已知：NH3（l）?NH2-+H+
①写出液氨与金属锂反应生成B和氢气的化学方程式2Li+2NH3=2LiNH2+H2↑．
②一定条件下，2.30g固体B与5.35gNH4Cl固体恰好完全反应，生成固体盐C和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体D，气体D的体积4.48 L（折算成标准状况）．
③A的化学式为Li2NH，LiH中r（Li+）小于r（H-）（填“大于”或“小于”）．
④B在加强热时生成NH3和另一种化合物E，该分解反应的化学方程式为3LiNH2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li3N+2NH3．
（3）化合物E也可以作储氢材料，其储氢原理可表示为：
E（s）+H2（g） $?_{释氢}^{贮氢}$ A（s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol-1…②
储氢材料可以通过加热的方式释放氢气．从实用化角度考虑，选择A或E作储氢材料哪个更合理？理由是E，E的储氢量要比A多．
17．氮、磷、砷、钛的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用．回答下列问题：
（1）基态磷原子有5种不同能量的电子．
（2）N、P、As电负性由大到小的顺序为N＞P＞As，它们的氢化物沸点最高的为NH3，原因为NH3分子间形成氢键．
（3）NO3-离子的空间构型为平面正三角形，中心原子的杂化方式为sp2，NO3-离子有多种等电子体，请写出一种CO32-（SO3、BF3等）．
（4）钛元素原子核外价电子排布图为，含Ti3+的配合物的化学式为[TiCl（H2O）5]Cl2•H2O，其配离子中含有的化学键类型为极性共价键、配位键，该配离子的配位数为6．
（5）砷化镓晶胞结构如图．晶胞中距离Ga原子等距且最近的Ga原子有12个，Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体．已知砷化镓晶胞边长为a pm，其密度为ρg•cm-3，则阿伏加德罗常数的数值为$\frac{4×145}{ρ{a}^{3}×1{0}^{-30}}$（列出计算式即可）．
18．由乙炔、苯、乙醛组成的混合物，经测定其中碳元素质量分数为36%，则混合物中氧元素的质量分数为（　　）
A．44%B．54.22%C．39.12%D．无法计算

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