Question

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）氮元素与氢元素可组成多种微粒，如NH₃、NH₄⁺、肼（N₂H₄）等．分析常见的H₂O与H₂O₂、CH₄与C₂H₆的分子结构，写出N₂H₄的电子式

 

．NH₃与NaClO反应可得到N₂H₄，该反应的化学方程式为

 

；
（2）如图是工业生产硝酸铵的流程示意图．

①A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是

 

（填字母）．
②某化肥厂用氨气制硝酸铵，已知氨气制NO的产率是96%，NO制硝酸的产率是92%，则制硝酸所用的氨气的质量占总氨气质量的

 

%（不考虑生产中的其它损耗　）．
（3）科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法．曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃．进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表（光照、N₂压力1.0×10⁵Pa、反应时间3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6 mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相应的化学方程式：N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
回答下列问题：
①该反应在较低温度下能否自发进行？

 

；
②从323K到353K，氨气的生成量减少的原因

 

．
（4）在25℃下，将a mol?L^-1的氨水与0.01mol?L^-1的盐酸等体积混合，反应时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）．用含a的代数式表示NH₃?H₂O的电离常数K_b=

 

．

Answer 1

考点：电子式,氧化还原反应,反应热和焓变,化学平衡的调控作用,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）N₂H₄为共价化合物，分子中存在4个氮氢键，氮原子最外层达到8电子稳定结构，据此写出其电子式；氨气与次氯酸钠反应生成N₂H₄和氯化钠，根据化合价升降相等配平反应的化学方程式；
（2）①根据ABCD的反应中是否有化合价变化判断是否属于氧化还原反应；
②根据NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，利用氮原子守恒来计算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反应生成NH₄NO₃来计算氨气的量，最后计算制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数；
（3）①当△G=△H-T?△S＜0时，反应能自发进行；
②该正反应为吸热反应，升高温度，氨的含量应增大，但从323K到353K，氨气的生成量减少，只能是发生了其他反应；
（4）根据溶液的pH值计算溶液中c（OH^-），根据氯离子浓度计算c（NH₄⁺），利用物料守恒计算溶液中c（NH₃?H₂O），代入NH₃?H₂O的电离常数表达式计算．

解答： 解：（1）根据H₂O与H₂O₂、CH₄与C₂H₆的分子结构可知，N₂H₄的电子式中存在4个氮氢键，氮原子最外层达到8电子稳定结构，所以其电子式为：；氨气与次氯酸钠反应生成N₂H₄，次氯酸中氯元素有+1价变为-1价的氯离子，化合价降低了2价，氨气的氮元素化合价有-3价升高为-2价，升高了1价，所以氨气的计量数为2，次氯酸钠的计量数为1，根据观察法配平后的反应方程式为：2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案为：；2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O；
（2）①反应A为氮气与氢气合成氨的反应，该反应中有化合价变化，属于氧化还原反应；
反应B为氨气的催化氧化，氨气中氮元素有-3价升高到一氧化氮中的+2价，该反应属于氧化还原反应；
反应C为NO与氧气反应生成二氧化氮，该反应属于氧化还原反应；
反应D为氨气与硝酸反应生成硝酸铵，该反应中没有化合价变化，不属于氧化还原反应；
所以属于氧化还原反应的为：ABC，
故答案为：ABC；
②由NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，则1mol氨气可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8832mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，
则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数为：

1mol

1mol+0.8832mol

×100%=53.1%，
故答案为：53.1；
（3）①因该反应的△H＞，△S＞0，根据△G=△H-T?△S＜0反应可自发进行，故低温时△G＞0，所以低温时不能自发进行；
故答案为：不能；
（2）根据N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1，此正反应为吸热反应，根据平衡移动原理，升高温度，平衡向吸热方向移动，氨的量应增加，从303K-323K，符合平衡移动规律，但从323K-353K，氨的量随温度的升高而降低，不符合平衡移动原理，只能是发生了其他反应，即在高温下，氨气易被氧气氧化生成一氧化氮和水，
故答案为：氨气在高温下被氧气氧化；
（4）溶液中存在电荷守恒，c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于c（NH₄⁺）=c（Cl^-），故c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.01mol?L^-1=0.005mol?L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

×amol?L^-1-0.005mol?L^-1=（0.5a-0.005）mol/L，NH₃?H₂O的电离常数K_b=

10-7×0.005

0.5a-0.005

=

10-9

a-0.01

，
故答案为：

10-9

a-0.01

．

点评：本题考查了电子式的书写、氧化还原反应的判断、电离平衡常数的计算、化学方程式的书写等知识，题目难度稍大，试题题量较大，涉及的知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．