Question

【題目】氮及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)等方面有重要的應(yīng)用。工業(yè)合成氨是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中非常重要的一部分，發(fā)射衛(wèi)星時可用肼(N2H4)作燃料。

(1)已知：17g NH3(g)在一定條件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ的熱量。則反應(yīng)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=_______________kJ·mol-1

(2)在一定條件下，向容積為5L的恒容密閉容器中充入1mol N2、3molH2，10min后，測得容器內(nèi)NH3為1mol，則用N2表示的平均反應(yīng)速率為______________________。

(3)已知在298K時1g肼氣體燃燒生成N2和水蒸氣，放出16.7kJ的熱量。下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是__________(填字母序號)

A.N2H4+O2=N2+2H2O △H=－534.4kJ·mol—1

B.N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=－534.4kJ·mol—1

C.N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－534.4kJ·mol—1

D.N2H4(g)+O2(g)= N2(g)+2H2O(g) △H=－16.7kJ·mol—1

(4)N2H4、O2和KOH溶液組成的燃料電池生成水和氮氣。

①負極反應(yīng)式為_____________。

②放電時，溶液中的陰離子向_______極移動(填“正”或“負”)。

③放電時，正極區(qū)溶液的堿性___________(填“增強”、“減弱”或“不變”)。

Answer 1

【答案】-92.2 0.01 mol·L-1·min-1 C N2H4－4e－＋4OH－= N2↑＋4H2O 負 增強

【解析】

(1)根據(jù)17g NH3(g)在一定條件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ的熱量計算1molNH3(g)在一定條件下分解吸收的熱量，合成氨氣是分解氨氣的逆過程吸收和放出的熱量數(shù)值相等，據(jù)此計算書寫；

(2)依題意計算NH3反應(yīng)速率，利用反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)計量系數(shù)之比，計算N2的平均反應(yīng)速率；

(3)1g氣態(tài)肼在氧氣中燃燒生成氮氣和液態(tài)水時，可放出17kJ的熱量，32gN2H4燃燒生成CO2和液態(tài)水時放熱17kJ×32=544kJ，1molN2H4質(zhì)量為32克，所以完全燃燒1molN2H4生成氮氣和液態(tài)水放熱544kJ，根據(jù)書寫熱化學(xué)方程式注意點，必須注明各反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)（s、l、g、aq），不標(biāo)“↑”和“↓”符號；△H只能寫在標(biāo)有反應(yīng)物或生成物狀態(tài)的化學(xué)方程式的右邊，若為吸熱反應(yīng)，△H為“+”；若為放熱反應(yīng)，△H為“-”；△H的單位一般為kJ/mol書寫熱化學(xué)方程式；據(jù)此即可解答；

(4) 肼、氧氣和氫氧化鉀構(gòu)成燃料電池，通入燃料的一極為負極，通入氧氣的一極為正極，則A為負極，B為正極，負極上肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水，電極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-，電池總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2+2H2O，放電時原電池中陰離子向負極移動，根據(jù)電解質(zhì)溶液的變化來分析溶液pH的變化。

(1)已知：17g NH3(g)即為1mol，在一定條件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ的熱量，則2mol NH3(g) 在一定條件下分解生成N2(g)和H2(g)，吸收46.1kJ×2mol=92.2kJ的熱量，合成氨氣是分解氨氣的逆過程，吸收和放出的熱量數(shù)值相等，合成氨氣是放熱反應(yīng)，則反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.2kJ·mol-1；

(2)在一定條件下，向容積為5L的恒容密閉容器中充入1mol N2、3molH2，10min后，測得容器內(nèi)NH3為1mol，則NH3的濃度變化量==0.2mol/L，10min內(nèi)NH3的平均反應(yīng)速率==0.02mol·L-1·min-1，根據(jù)反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ，反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)計量系數(shù)之比，v(N2)=v(NH3)=×0.02mol·L-1·min-1=0.01mol·L-1·min-1；

(3) 1molN2H4質(zhì)量為32克，1g氣態(tài)肼在氧氣中燃燒生成氮氣和液態(tài)水時，可放出16.7kJ的熱量，1molN2H4質(zhì)量為32克，則32gN2H4燃燒生成氮氣和液態(tài)水時放熱16.7kJ×32=534.4kJ，根據(jù)書寫熱化學(xué)方程式注意點放熱反應(yīng)，△H為“”，所以，△H=534.4kJmol1，N2H4、O2、N2、H2O都為氣態(tài)，所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－534.4kJ·mol—1，答案選C；

(4)①根據(jù)分析，負極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑；

②放電時為原電池，原電池中的陰離子向負極移動，則溶液中的陰離子向負極移動；

③根據(jù)分析放電時，正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-，正極區(qū)產(chǎn)生氫氧根離子，溶液的堿性增強。