Question

15．氮及其化合物在生活、生产和科技等方面有重要的应用．砷位于周期表中的第四周期，与氮元素属同一主族元素，其广泛分布与自然界．试回答下列问题：
（1）砷的气态氢化物的电子式为．
（2）氨和联氨（N₂H₄）是氮的两种常见化合物，制备联氨可用丙酮做催化剂，将次氯酸钠与氨气反应，该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，写出该反应的化学方程式：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（3）砷的常见酸性氧化物有As₂O₃和As₂O₅，请根据图相关信息写出As₂O₅分解为As₂O₃的热化学方程式：As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4 kJ•mol^-1．

（4）直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式为4NH₂+3O₂=2N₂+6H₂O，电解质溶液一般使用氢氧化钾溶液，则负极电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（5）氨气和二氧化碳在120℃，催化剂作用下反应生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?（NH₂）₂CO（s）+H₂O（g），在密闭反应容器中，混合气体中氨气的含量变化关系如图所示，，则氨气的平衡转化率是75%．
（6）将一定量的NH₂COONH₄（s）置于恒温密闭容器中，NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），其分解达到平衡状态时，该反应的化学平衡常数的表达式为K=c²（NH₃）•c（CO₂）．
（7）在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O_2（g）?2NO₂（g）△H＞0，该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如图所示，若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是ab（填序号）

a．在t₁-t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施可以是升高温度
c．在t₃-t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d．在t₅时，容器内NO₂的体积分数是整个过程中的最大值．

Answer 1

分析 （1）AsH₃中As原子与H原子之间形成1对共用电子对；
（2）次氯酸钠与氨气反应生成N₂H₄，反应中N元素化合价升高，NH₃为还原剂，则NaClO为氧化剂，反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，设Cl元素在还原产物中化合价为a，则2×[（-2）-（-3）]=1×（1-a），解得a=-1，故还原生成NaCl，由元素守恒可知有水生成；
（3）由图象可知，As₂O₅分解为As₂O₃需要吸收的热量，1molAs₂O₅分解的焓变△H=-619.2kJ/mol-（-914.6kJ/mol）=+295.4 kJ•mol^-1，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（4）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极失去电子，碱性条件下生成氮气与水；
（5）由图可知，开始时氨气体积分数为50%，则开始氨气与二氧化碳的物质的量相等，设氨气、二氧化碳均为1mol，设转化的氨气为xmol，由方程式可知平衡时混合气体减少物质的量等于氨气物质的量，再根据平衡氨气的体积分数为20%列方程计算解答；
（6）学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（7）a．随反应进行混合气体物质的量减小，容器内气体压强减小，压强保持不变说明到达平衡；
b．在t₂时，正逆反应速率都增大，且平衡正向移动，结合正反应为氢气体积减小的吸热反应分析解答；
c．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变；
d．t₂时平衡正向移动，t₄时减小了生成物浓度，平衡正向移动，反应物浓度相应减小，容器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大．

解答 解：（1）AsH₃中As原子与H原子之间形成1对共用电子对，电子式为，故答案为：；
（2）次氯酸钠与氨气反应生成N₂H₄，反应中N元素化合价升高，NH₃为还原剂，则NaClO为氧化剂，反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，设Cl元素在还原产物中化合价为a，则2×[（-2）-（-3）]=1×（1-a），解得a=-1，故还原生成NaCl，由元素守恒可知有水生成，反应方程式为NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案为：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）由图象可知，As₂O₅分解为As₂O₃需要吸收的热量，1molAs₂O₅分解的焓变△H=-619.2kJ/mol-（-914.6kJ/mol）=+295.4 kJ•mol^-1，则热化学方程式As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4 kJ•mol^-1，
故答案为：As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4 kJ•mol^-1；
（4）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极失去电子，碱性条件下生成氮气与水，负极电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（5）由图可知，开始时氨气体积分数为50%，则开始氨气与二氧化碳的物质的量相等，设氨气、二氧化碳均为1mol，设转化的氨气为xmol，由方程式CO₂（g）+2NH₃（g）?（NH₂）₂CO（s）+H₂O可知，平衡时混合气体减少物质的量等于氨气物质的量，故平衡时混合气体总物质的量为（2-x）mol，平衡时氨气为（1-x）mol，则$\frac{（1-x）mol}{（2-x）mol}$=20%，解得x=0.75，故氨气转化率为$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%，
故答案为：75%；
（6）可逆反应NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）的化学平衡常数的表达式K=c²（NH₃）•c（CO₂），故答案为：K=c²（NH₃）•c（CO₂）；
（7）a．2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）该反应是气体体积减小的反应，随反应进行混合气体物质的量减小，容器内气体压强减小，容器内气体的压强保持不变，说反应已达到平衡状态，故a正确；
b．在t₂时，正逆反应速率都增大，且平衡正向移动，由于正反应为氢气体积减小的吸热反应，可能是升高温度，或增大压强，故b正确；
c．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，故c错误；
d．t₂时平衡正向移动，t₄时减小了生成物浓度，平衡正向移动，反应物浓度相应减小，所以容器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大，故d错误，
故选：ab．

点评 题目比较综合，属于拼合型题目，涉及化学平衡计算与影响因素、平衡图象、平衡常数、原电池、热化学方程式书写、氧化还原反应、电子式等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础．