Question

15．氮是重要的非金属元素．
（1）工业上用N₂（g）和H₂合成NH₃（g），反应为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
①氮气的结构式为N≡NNH₃的电子式为．
②T℃时，在一个容积为3L的密闭容器中进行上述反应，反应开始时，n（N₂）=6mol，n（H₂）=12mol，2min后达到平衡，此时n（H₂）=3mol．该反应从反应开始到平衡的平均化学反应速率V（NH₃）=1mol/（L•min），平衡常数为K=4（计算出结果）
③下列能说明上述反应在恒温恒容条件下已达到平衡状态的是BD（填编号）
A．3v_正（N₂）=v_正（H₂）           B．容器压强不再发生变化
C．容器内气体密度不再发生变化    D．N₂的体积分数不再发生变化
E．若单位时间内生成x molN₂的同时，消耗x mol NH₃，则反应达到平衡状态
（2）硝酸盐是主要的水污染物．催化剂存在下，H₂能将NO₃^-还原为N₂，25℃时，反应10min，溶液的pH由7变为12．
①上述反应离子方程式为5H₂+2NO₃^-═N₂+2OH^-+4H₂O
②还原过程中可生成中间产物NO₂^-，NO₂^-可以发生水解，写出两种促进NO₂^-水解的方法升温、加水（稀释）、加酸等（任意两种即可）．
③用电解也可以实现NO₃^-转化为N₂．阴极反应式为2NO₃^-+10e^-+6H₂O=N₂↑+12OH^-．

Answer 1

分析 （1）①氮气分子中存在氮氮三键，氮原子最外层为8电子；NH₃属于共价化合物，分子中存在3对共用电子对，氮原子最外层为8个电子；
②反应开始时，n（N₂）=6mol，n（H₂）=12mol，2min后达到平衡，此时n（H₂）=3mol，以此可计算各物质的平衡浓度，进而计算反应速率以及平衡常数；
③化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此判断；
（2）①在催化剂条件下，氢气和硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气、水和氢氧根离子；
②亚硝酸根离子水解是吸热反应，根据外界条件对其水解反应影响来分析；
③在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂．

解答 解：（1）①氮气分子中存在氮氮三键，氮原子最外层为8电子，氮气的结构式为N≡N；
NH₃属于共价化合物，不存在离子键，分子中存在3对共用电子对，氮原子最外层为8个电子，故NH₃的电子式为：，
故答案为：N≡N；；
②反应开始时，n（N₂）=6mol，n（H₂）=12mol，2min后达到平衡，此时n（H₂）=3mol，则
                     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）  6               12               0 
转化（mol） 3                 9                  6
平衡（mol） 3                  3                 6
则V（NH₃）=$\frac{\frac{6mol}{3L}}{2min}$=1mol/（L•min），
体积为3L，则平衡浓度分别为1mol．L、1mol/L、2mol/L，
K=$\frac{{2}^{2}}{1×{1}^{3}}$=4，
故答案为：1； 4；
 ③A．3v_正（N₂）=v_正（H₂），都是正反应速率，不能说明达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后体积不等，则容器压强不再发生变化，可说明达到平衡状态，故B正确；
C．容器的体积以及气体的质量不变，无论是否达到平衡状态，容器内气体密度都不发生变化，故C错误；
D．N₂的体积分数不再发生变化，可说明达到平衡状态，故D正确；
E．若单位时间内生成x molN₂的同时，消耗x mol NH₃，正逆反应速率不等，则反应没有达到平衡状态，故E错误，
故答案为：BD；
（2）①催化剂存在下，H₂能将NO₃^-还原为N₂，25℃时，反应10min，溶液的pH由7变为12，说明反应后溶液呈碱性，反应的离子方程式为5H₂+2NO₃^-═N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案为：5H₂+2NO₃^-═N₂+2OH^-+4H₂O；
②亚硝酸盐水解是吸热反应，且水解时生成氢氧根离子，稀释亚硝酸盐溶液能促进其水解，所以要使NO₂^-水解使溶液中c（OH^-）变大，可促进NO₂^-水解的措施有加热、加水或加酸等，
故答案为：升温、加水（稀释）、加酸等（任意两种即可）；
③在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+10e^-+6H₂O=N₂↑+12OH^-，
故答案为：2NO₃^-+10e^-+6H₂O=N₂↑+12OH^-．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目涉及化学平衡的计算、平衡状态的判断，以及原电池、电解池知识，注意把握平衡状态的判断以及电解池的工作原理，难度中等．