Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氨、肼(N2H4)和叠氮酸都是氮元素的重要氢化物，在工农业生产、生活中有着重大作用。

(1)合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重要影响。

①在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，其平衡常数K与温度T的关系如下表。

T/K	298	398	498
平衡常数K	4.1×106	K1	K2

 

则该反应的平衡常数的表达式为________；判断K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。

a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2

b．v(N2)正＝3v(H2)逆

c．容器内压强保持不变

d．混合气体的密度保持不变

③一定温度下，在1 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2并发生上述反应。若容器容积恒定，10 min达到平衡时，气体的总物质的量为原来的，则N2的转化率为________，以NH3的浓度变化表示该过程的反应速率为________。

(2)肼可用于火箭燃料、制药原料等。

①在火箭推进器中装有肼(N2H4)和液态H2O2，已知0.4 mol液态N2H4和足量液态H2O2反应，生成气态N2和气态H2O，放出256.6 kJ的热量。该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________。

②一种肼燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时负极的电极反应式为_____________________________________。

 

③加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2。该反应的化学方程式_______________________________________。

肼与亚硝酸(HNO2)反应可生成叠氮酸，8.6 g叠氮酸完全分解可放出6.72 L氮气(标准状况下)，则叠氮酸的分子式为________。

 

Answer 1

(1)①　＞　②c　③25%　0.05 mol/(L·min)

(2)①N2H4(l)＋2H2O2(l)=N2(g)＋4H2O(g)

ΔH＝－641.5 kJ/mol

②N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2O

③4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O　HN3

【解析】根据化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式，该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，平衡常数减小，故K1＞K2。②当N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2时，不一定为平衡状态，a项错误；当3v(N2)正＝v(H2)逆时为平衡状态，b项错误；该反应为气体体积减小的反应，当压强不变时一定达到平衡状态，c项正确；该体系中气体的质量不发生变化，容器体积不发生变化，故混合气体的密度不变，d项错误。

③设转化的N2的物质的量为x mol，则有：

　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始(mol) 1 3 0

转化(mol) x 3x 2x

平衡(mol) 1－x 3－3x 2x

根据平衡时气体的总物质的量为原来的，可得x＝0.25，则N2的转化率为25%，

v(NH3)＝0.5/10＝0.05 mol/(L·min)。

(2)①由题中信息可写出该反应的热化学方程式。②在原电池中，阳离子移向正极，故N2H4所在的电极为负极，发生氧化反应，其电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2O。③根据氧化还原反应原理及质量守恒定律可写出N2H4与Cu(OH)2反应的化学方程式；由于N2为0.3 mol，则氮气质量为8.4 g，又因叠氮酸的质量为8.6 g，则叠氮酸中氢元素的质量为0.2 g，从而可推知叠氮酸中H、N的原子个数比为1∶3，则其分子式为HN3。