Question

【题目】氮是化肥工业和化工生产的主要原料，工业上合成氨使用的氢气主要来自合成气(CO、H2混合气体)。请回答下列问题：

（1）工业上合成氨的反应原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH 。 已知：

化学键	H－H	N≡N	N－H
键能/kJ·mol-1	436	945.6	391

化学键的键能是形成或断裂1 mol 化学键放出或吸收的能量，单位为kJ/mol。上述反应的ΔH________________。

（2）联氨（又称肼，N2H4），试写出联氨的电子式_________；联氨又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：2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g) ΔH1

N2H4(l)＋O2(g)= N2(g)＋2H2O(g) ΔH2

则N2(g)＋2O2(g)=N2O4 (l) ΔH3＝_________

（3）以氨气代替氢气来研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。氨燃料电池使用的电解质溶液是KOH溶液，其装置如图所示。a电极反应式为________。若该燃料电池消耗标准状况下6.72 L空气(假设空气中O2体积分数为20%)，则理论上消耗NH3的质量为_______g。

（4）甲醇燃料电池在生活应用也很广泛，在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用甲醇、空气与CO2的混合气体作反应物，镍作电极，用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。写出该电池的负极反应式______________。

Answer 1

【答案】－92.4 kJ/mol 2ΔH2 –ΔH1 2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 1.36 CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O

【解析】

（1）旧键的断裂吸热，新键的形成放热；

（2）联氨的结构简式为H2N-NH2；根据盖斯定律进行计算；

（3）根据装置图，a电极为负极；利用电池两极转移电子数目相同进行计算；

（4）根据电解质的成分，则甲醇失电子，与碳酸根离子反应，生成二氧化碳和水。

（1）旧键的断裂吸热，新键的形成放热，反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，则ΔH=945.6+436×3-391×6=-92.4kJ/mol；

（2）联氨的结构简式为H2N-NH2，则电子式为；①2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g) ΔH1，②N2H4(l)＋O2(g)= N2(g)＋2H2O(g) ΔH2，根据盖斯定律，②×2-①即可得到N2(g)＋2O2(g)=N2O4 (l)，ΔH3＝2ΔH2-ΔH1；

（3）根据装置图可知，a电极通入氨气，生成氮气，化合价升高，失电子，作电池的负极；n（O2）=6.72 L×20%/22.4L/mol=0.06mol，化合价由0价变为-2价，转移0.24mol电子，消耗1mol NH3，转移3mol电子，转移0.24mol电子，消耗0.08mol NH3，即1.36g；

（4）Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质，则甲醇失电子，与碳酸根离子反应，生成二氧化碳和水，负极反应式为CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O。