Question

【题目】研究氮及其化合物对化工生产有重要意义．
（1）工业合成氨的原理为N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ．
下图甲表示在一定体积的密闭容器中反应时N2的物质的量浓度随时间的变化，图乙表示在其他条件不变的情况下，改变起始投料中H2与N2的物质的量之比（设为n）对该平衡的影响

①已知图甲中0～t1 min内，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 则t1=；若从t2 min起仅改变一个反应条件，则所改变的条件可能是（填一种即可）；图乙中，b点时n= ．
②已知某温度下该反应的K=10，该温度下向容器中同时加入下列浓度的混合气体：c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 则在平衡建立过程中NH3的浓度变化趋势是（填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”）．
（2）已知肼（N2H4）是二元弱碱，其电离是分步的，电离方程式为、 ．
（3）中国航天科技集团公司计划在2015年完成20次宇航发射任务．肼（N2H4）可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气．
已知：①N2（g）+2O2（g）═N2O4（l）
△H1=﹣195kJmol﹣1
②N2H4（l）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）
△H2=﹣534.2kJmol﹣1
写出肼和N2O4反应的热化学方程式： ．
（4）以NO2为原料可以制得新型绿色硝化剂N2O5 ， 原理是先将NO2转化为N2O4 ， 然后采用电解法制备N2O5 ， 其装置如图丙所示，两端是石墨电极，中间隔板只允许离子通过，不允许水分子通过．
①已知两室加入的试剂分别是：a．硝酸溶液；b．N2O4和无水硝酸，则左室加入的试剂应为（填代号），其电极反应式为 ．
②若以甲醇燃料电池为电源进行上述电解，已知：CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1 ， 又知甲醇和水的汽化热分别为11kJmol﹣1、44kJmol﹣1 ， 标准状况下，该燃料电池消耗0.5mol CH3OH产生的最大电能为345.8kJ，则该电池的能量效率为（电池的能量效率=电池所产生的最大电能与电池所释放的全部能量之比）．

Answer 1

【答案】
（1）30 min；降低温度或增大H2浓度；3；逐渐减小
（2）N2H4+H2O?N2H5++OH﹣；N2H5++H2O?N2H62++OH﹣
（3）2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJ?mol﹣1
（4）b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；95%
【解析】解：（1）①0～t1 min内，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 则v（N2）=0.01molL﹣1min﹣1 ， 则v= = =0.01molL﹣1min﹣1 ， 解得t1=30 min；从t2min起N2的浓度逐渐减小，可能是降低温度或增大H2浓度使平衡正向移动引起的；
当N2与H2的起始体积比符合方程式中化学计量数之比时，达到平衡时氨的体积分数最大，即图乙中，b点时n=3；
所以答案是：30 min；降低温度或增大H2浓度；3；②c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 则Qc= = =20＞10，所以反应逆向进行，NH3的浓度逐渐减小；
所以答案是：逐渐减小；（2）N2H4是二元弱碱，其电离分步进行，第一步N2H4部分电离出OH﹣、N2H5+ ， 电离方程式为：N2H4+H2ON2H5++OH﹣ ， 则第二步中N2H5+在溶液中部分电离出出OH﹣、N2H62+ ， 电离方程式为：N2H5++H2ON2H62++OH﹣；
所以答案是：N2H4+H2ON2H5++OH﹣；N2H5++H2ON2H62++OH﹣；（3）①N2（g）+2O2（g）=N2O4（l）△H1=﹣195kJmol﹣1②N2H4（l）+O2 （g）=N2（g）+2H2O（g）△H2=﹣534.2kJmol﹣1
根据盖斯定律可知反应②×2﹣反应①即得到反应：2N2H4（l）+N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；
所以答案是：2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；（4）①装置图中与电源正极相连的电极为阳极，与电源负极相连的电极为阴极，从电解原理来看，N2O4制备N2O5为氧化反应，则N2O5应在阳极区生成，故生成N2O5的左室为阳极，右室为阴极，生成N2O5的反应式为N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
所以答案是：b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
②1mol液态CH3OH变成气态CH3OH需吸热11KJ，CH3OH（g）=CH3OH（l）△H=﹣11KJ/mol①，1mol液态水变成气态水需吸热44KJ，H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44KJ/mol②，CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1③，则③﹣①+②×2得：CH3OH（l）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=（﹣651KJ/mol+11KJ/mol﹣88KJ/mol）=﹣728KJ/mol，理想状态下，该燃料电池消耗0.5molCH3OH（1）产生的热量为 =364KJ，所以该燃料电池的理论效率为 ×100%=95%；
所以答案是：95%；
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡的计算的相关知识，掌握反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%，以及对弱电解质在水溶液中的电离平衡的理解，了解当弱电解质分子离解成离子的速率等于结合成分子的速率时，弱电解质的电离就处于电离平衡状态；电离平衡是化学平衡的一种，同样具有化学平衡的特征．条件改变时平衡移动的规律符合勒沙特列原理．