Question

【題目】氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用。回答下列問題：

（1）肼（N2H4）是一種良好的火箭燃料，拉希格法是制備肼的傳統方法，該方法是在5℃條件下，NaClO與NH3反應生成NH2Cl與NaOH，然后在140℃左右的條件下，將上述反應后混合物與氨混合，反應生成肼。上述兩步反應中，氧化產物是______________（寫化學式）。

（2）機動車尾氣已成為城市大氣的主要污染源，機動車尾氣中的主要有害物質為氮的氧化物。目前科技工作者正在探索用甲烷等燃料氣體將氮氧化物還原為N2和水，涉及到的反應有：

CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574 kJ·mol1

CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH2=867 kJ·mol1

寫出CH4還原NO生成N2的熱化學方程式：____________________________。

（3）變質的蔬菜類食物中含有亞硝酸鹽，一定溫度下，形成該鹽的亞硝酸（HNO2）的電離常數Ka=4.0×104。在20 mL 0.01 mol·L1的亞硝酸中逐滴滴加0.01 mol·L1的NaOH溶液，測得混合液的pH變化如圖，則圖中a點的值為______，b點溶液呈酸性，其原因是__________________，d點溶液呈堿性，原因是______________________________。（已知lg2≈0.3）

（4）工業合成氨的反應原理為：N2(g)+ 3H2 (g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol1。保持反應體系的容積不變，在其中加入一定量的H2和N2，體系中各物質濃度隨時間變化如圖所示：

①若上述反應體系的容積為2 L，則0~20 min時間內，ν(H2)= ______________，該過程中放出的熱量為94.4 kJ，則a=______________。

②25 min時將NH3從反應體系中完全分離出去，45 min時改變溫度，在原圖中畫出25 min~60 min的NH3濃度變化曲線。

Answer 1

【答案】（1）NH2Cl、N2H4 （2分）

（2）CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=1160 kJ·mol1（3分）

（3）2.7（2分） HNO2的電離大于的水解（2分） 水解顯堿性（1分）

（4）①0.075 mol·L1·min1 （1分） 94.4（2分）

②（2分）

【解析】（1）根據題目信息提示可知，NH2Cl是第一個反應的氧化產物，也是還原產物；N2H4是第二個反應的氧化產物，也是還原產物。

（2）根據蓋斯定律，第二個熱化學方程式乘以2，然后減去第一個熱化學方程式可得新的熱化學方程式：CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=867 kJ·mol1×2(574 kJ·mol1)=1160 kJ·mol1。

（3）HNO2H＋+，K=[c(H＋)·c()]/c(HNO2 )≈c2(H＋)/0.01 mol·L1，得c(H＋)=

2.0×103 mol·L1 ，即a點pH=3lg2=2.7；根據圖象可知，b點溶液為等濃度的HNO2、NaNO2的混合溶液，存在+H2OHNO2+OH，HNO2H＋+，由于電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性；d點為NaNO2溶液，水解顯堿性。

（4）①由圖象可知，20 min時反應達到平衡，c(H2)=1.50 mol·L1，故v(H2)=(3.00 mol·L11.50 mol·L1) /20 min=0.075 mol·L1·min1；達到平衡時生成的氨氣的物質的量為：1.00 mol·L1×2 L=2.00 mol，反應放出94.4 kJ熱量，故由可逆反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol1可知a=94.4。②25 min時將NH3從反應體系中分離出去，氨氣的物質的量迅速變為0，而氮氣、氫氣的物質的量不變，之后氮氣、氫氣的物質的量逐漸減小，氨氣的物質的量逐漸增大，根據可逆反應方程式及圖象中氫氣和氮氣的濃度，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度/ mol·L1 0.5 1.5 0

變化濃度/ mol·L1 0.19 0.57 0.38

平衡濃度/ mol·L1 0.31 0.93 0.38

可知45 min時c(NH3)=0.38 mol·L1，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度/ mol·L1 0.31 0.93 0.38

變化濃度/ mol·L1 0.06 0.18 0.12

平衡濃度/ mol·L1 0.25 0.75 0.50

可知60 min時，c(NH3)=0.50 mol·L1。