Question

氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用．
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视．它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势．氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
则反应 4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=

 

．（请用含有△H₁、△H₂的式子表示）
（2）合成氨实验中，在体积为3L的恒容密闭容器中，投入4mol N₂和9mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度（K）	平衡时NH3的物质的量（mol）
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量．
①则T₁

 

T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
②在T₂K下，经过10min达到化学平衡状态，则0～10min内H₂的平均速率v（H₂）=

 

，平衡时N₂的转化率α（N₂）=

 

．
③下列图象1分别代表焓变（△H）、混合气体平均相对分子质量（

.

M

）、N₂体积分数φ（N₂）和气体密度（ρ）与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是

 

．
（3）某N₂H₄（肼或联氨）燃料电池（产生稳定、无污染的物质）原理如图2所示．
①M区发生的电极反应式为

 

．
②用上述电池做电源，用图3装置电解饱和氯化钾溶液（电极均为惰性电极），设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为

 

g（假设溶液电解前后体积不变）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
结合盖斯定律可知，（①×3+②×2）×

1

5

得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T₁对应的氨气平衡时物质的量大，则T₁的温度低；
②T₂K下，经过10min达到化学平衡状态，则
    N₂+3 H₂?2NH₃，
开始 4    9   0
转化  1    3   2
平衡  3   6    2
结合v=

△c

△t

及转化率计算；
③焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量（

.

M

）为变量、N₂体积分数φ（N₂）为变量，气体密度（ρ）始终不变；
（3）①左端为负极，在酸性电解质中失去电子生成氮气和氢离子；
②该燃料电池的能量利用率为80%，即电池转移电子的80%=电解中转移电子，结合电子转移守恒计算．

解答： 解：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
结合盖斯定律可知，（①×3+②×2）×

1

5

得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l），则△H=

3△H1+2△H2

5

，
故答案为：

3△H1+2△H2

5

；
（2）破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T₁对应的氨气平衡时物质的量大，则T₁的温度低，则T₁＜T₂，故答案为：＜；
②T₂K下，经过10min达到化学平衡状态，则
    N₂+3 H₂?2NH₃，
开始 4   9    0
转化 1   3    2
平衡 3   6    2
v（H₂）=

△c

△t

=

3mol 3L

10min

=0.1mol?L^-1?min^-1，
平衡时N₂的转化率α（N₂）=

1

4

×100%=25%，
故答案为：0.1mol?L^-1?min^-1；25%；
③焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量（

.

M

）为变量、N₂体积分数φ（N₂）为变量，气体密度（ρ）始终不变，随反应进行，气体的物质的量减小，则

.

M

随时间增大而增大，直到达到平衡状态不变；N₂体积分数逐渐减小，到达到平衡状态不变，由图可知，正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的为BC，
故答案为：BC；
（3）①由氢离子的移动方向可知，M区为负极，发生的电极反应式为N₂H₄-4e^-=N₂↑+4H⁺，故答案为：N₂H₄-4e^-=N₂↑+4H⁺； 
②用惰性电极，电解饱和KCl总的电极反应式为2Cl^-+2H₂O

电解  .

H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，pH值变为13时，c（OH^-）=0.1mol/L，n（OH^-）=0.1mol/L×0.5L=0.05mol，
N₂H₄～4e^-～4OH^-
 32g      4mol
x×80%   0.05mol，
解得x=0.5g，
故答案为：0.5．

点评：本题考查较综合，涉及化学平衡图象、平衡计算、盖斯定律的应用及计算、电化学原理及计算等，综合性较强，侧重化学反应原理中高频考点的考查，题目难度中等．