Question

【題目】氮是第二周期VA族元素，形成的N2H4、NH3等多種含氮化合物有著廣泛的用途�；卮鹣铝袉栴}：

(1)畫出氮的核外電子排布圖：___________。

(2)①肼(N2H4)又稱聯氨，常溫下是一種可燃性液體，其燃燒熱較大且產物對環境無污染，常用作火箭燃料。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1；

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2；

2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH3；

則反應：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O ΔH=____(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代數式表示)。

②肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產物無污染，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空氣燃料電池放電時，負極的電極反應式是_____________；正極附近溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(3)某溫度下，分別向三個體積為20 L的密閉容器中充入1 mol N2和2.6 mol H2分別保持恒溫恒容、恒溫恒壓和絕熱恒容，均發生反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。三個容器(分別用a、b、c表示)中N2的轉化率(α)與反應時間(t)的關系如圖所示。

①下列表示恒容時反應已達到平衡狀態的是______ (填字母)。

A. 氨氣的濃度不再變化 B. v(H2)=3v(N2)

C. 的值不再變化D. α(N2)=16.7%

②圖中代表反應在絕熱恒容容器中進行的曲線是______(填“a”“b”或“c”)。

③b容器中，M點v正_____(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

④曲線a代表的條件下該反應的平衡常數K=__________。

Answer 1

【答案】 N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 增大 AC c 大于 10 (L/mol)2

【解析】

(1)N是7號元素，原子核外有7個電子，根據構造原理可得N的核外電子排布圖；

(2)①將已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

②在燃料電池中，通入燃料的電極為負極，失去電子發生氧化反應，通入氧氣的電極為正極，得到電子發生還原反應，根據溶液中離子濃度變化判斷pH變化情況；

(3)①反應達到化學平衡時，各組分的濃度不再改變，正逆反應速率相等，據此逐項分析；

②反應為放熱反應，絕熱容器中，隨著反應進行，體系溫度升高，反應速率增大；

③b容器中，M點的平衡轉化率尚未達到該條件下的平衡轉化率，反應仍需正向進行；

④曲線a代表恒溫恒壓條件下的反應，根據方程式計算平衡體系中各組分的平衡濃度，據此計算化學平衡常數值。

(1)N是7號元素，原子核外有7個電子，根據構造原理可得N的核外電子排布式是1s22s22p3，則N原子核外電子排布圖為；

(2)①(i)N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1；

(ii)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2；

(iii)2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH3；

根據蓋斯定律，將，整理可得N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O ΔH=；

②在肼燃料電池中，通入燃料肼的電極為負極，肼失去電子發生氧化反應，與溶液中OH-結合形成N2和水，負極的電極反應式為：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；通入空氣或氧氣的電極為正極，正極上氧氣得到電子發生還原反應，正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，可見：正極上反應消耗水，同時產生OH-，使附近溶液中c(OH-)增大，所以正極附近溶液的pH增大；

①A. 反應達到化學平衡時，各組分的濃度不再改變，則氨氣的濃度不再變化，A正確；

B. 反應達到化學平衡時，用同一物質表示的正、逆反應速率相等，對于v(H2)=3v(N2)，由于未指明是正反應速率還是逆反應速率，因此不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，B錯誤；

C. 反應達到化學平衡時，各組分的濃度不再改變，則的值不再變化，C正確；

D. 若反應在恒溫恒容時，N2的平衡轉化率為20%，D錯誤；

故合理選項是A、C；

②該反應的正反應為放熱反應，在絕熱容器中，隨著反應進行，體系溫度升高，反應速率增大，達到平衡所需時間縮短，根據圖進行分析，可知表示絕熱恒容容器的為曲線c；

③b容器中，M點的平衡轉化率尚未達到該條件下的平衡轉化率，反應仍需正向進行，所以M點的正反應速率大于逆反應速率，即v 正>v逆；

④曲線a代表恒溫恒壓條件下的反應，溫度不變，化學平衡常數不變，在反應開始時，c(N2)=0.05 mol/L，c(H2)=0.13 mol/L，c(NH3)=0，假設N2轉化濃度為x，則平衡時各種氣體的濃度分別是c(N2)=(0.05-x) mol/L，c(H2)=(0.13-3x) mol/L，c(NH3)=2x mol/L，由于在恒溫恒容條件下N2轉化率為20%，則×100%=20%，可得x=0.01 mol，所以平衡時c(N2)=(0.05-x) mol/L=0.04 mol/L，c(H2)=(0.13-3x) mol/L=0.1 mol/L，c(NH3)=2x mol/L=0.02mol/L，故該反應的化學平衡常數為K=(L/mol)2=10(L/mol)2。