Question

【題目】研究氮及其化合物對化工生產有重要意義．
（1）工業合成氨的原理為N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ．
下圖甲表示在一定體積的密閉容器中反應時N2的物質的量濃度隨時間的變化，圖乙表示在其他條件不變的情況下，改變起始投料中H2與N2的物質的量之比（設為n）對該平衡的影響

①已知圖甲中0～t1 min內，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 則t1=；若從t2 min起僅改變一個反應條件，則所改變的條件可能是（填一種即可）；圖乙中，b點時n= ．
②已知某溫度下該反應的K=10，該溫度下向容器中同時加入下列濃度的混合氣體：c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 則在平衡建立過程中NH3的濃度變化趨勢是（填“逐漸增大”“逐漸減小”或“恒定不變”）．
（2）已知肼（N2H4）是二元弱堿，其電離是分步的，電離方程式為、 ．
（3）中國航天科技集團公司計劃在2015年完成20次宇航發射任務．肼（N2H4）可作為火箭發動機的燃料，與氧化劑N2O4反應生成N2和水蒸氣．
已知：①N2（g）+2O2（g）═N2O4（l）
△H1=﹣195kJmol﹣1
②N2H4（l）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）
△H2=﹣534.2kJmol﹣1
寫出肼和N2O4反應的熱化學方程式： ．
（4）以NO2為原料可以制得新型綠色硝化劑N2O5 ， 原理是先將NO2轉化為N2O4 ， 然后采用電解法制備N2O5 ， 其裝置如圖丙所示，兩端是石墨電極，中間隔板只允許離子通過，不允許水分子通過．
①已知兩室加入的試劑分別是：a．硝酸溶液；b．N2O4和無水硝酸，則左室加入的試劑應為（填代號），其電極反應式為 ．
②若以甲醇燃料電池為電源進行上述電解，已知：CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1 ， 又知甲醇和水的汽化熱分別為11kJmol﹣1、44kJmol﹣1 ， 標準狀況下，該燃料電池消耗0.5mol CH3OH產生的最大電能為345.8kJ，則該電池的能量效率為（電池的能量效率=電池所產生的最大電能與電池所釋放的全部能量之比）．

Answer 1

【答案】
（1）30 min；降低溫度或增大H2濃度；3；逐漸減小
（2）N2H4+H2O?N2H5++OH﹣；N2H5++H2O?N2H62++OH﹣
（3）2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJ?mol﹣1
（4）b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；95%
【解析】解：（1）①0～t1 min內，v（H2）=0.03molL﹣1min﹣1 ， 則v（N2）=0.01molL﹣1min﹣1 ， 則v= = =0.01molL﹣1min﹣1 ， 解得t1=30 min；從t2min起N2的濃度逐漸減小，可能是降低溫度或增大H2濃度使平衡正向移動引起的；
當N2與H2的起始體積比符合方程式中化學計量數之比時，達到平衡時氨的體積分數最大，即圖乙中，b點時n=3；
所以答案是：30 min；降低溫度或增大H2濃度；3；②c（H2）=0.1molL﹣1 ， c（N2）=0.5molL﹣1 ， c（NH3）=0.1molL﹣1 ， 則Qc= = =20＞10，所以反應逆向進行，NH3的濃度逐漸減小；
所以答案是：逐漸減��；（2）N2H4是二元弱堿，其電離分步進行，第一步N2H4部分電離出OH﹣、N2H5+ ， 電離方程式為：N2H4+H2ON2H5++OH﹣ ， 則第二步中N2H5+在溶液中部分電離出出OH﹣、N2H62+ ， 電離方程式為：N2H5++H2ON2H62++OH﹣；
所以答案是：N2H4+H2ON2H5++OH﹣；N2H5++H2ON2H62++OH﹣；（3）①N2（g）+2O2（g）=N2O4（l）△H1=﹣195kJmol﹣1②N2H4（l）+O2 （g）=N2（g）+2H2O（g）△H2=﹣534.2kJmol﹣1
根據蓋斯定律可知反應②×2﹣反應①即得到反應：2N2H4（l）+N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；
所以答案是：2N2H4（l）++N2O4（l）=3N2（g）+4H2O（g）△H=﹣873.4 kJmol﹣1；（4）①裝置圖中與電源正極相連的電極為陽極，與電源負極相連的電極為陰極，從電解原理來看，N2O4制備N2O5為氧化反應，則N2O5應在陽極區生成，故生成N2O5的左室為陽極，右室為陰極，生成N2O5的反應式為N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
所以答案是：b；N2O4+2HNO3﹣2e﹣=2N2O5+2H+；
②1mol液態CH3OH變成氣態CH3OH需吸熱11KJ，CH3OH（g）=CH3OH（l）△H=﹣11KJ/mol①，1mol液態水變成氣態水需吸熱44KJ，H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44KJ/mol②，CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣651kJmol﹣1③，則③﹣①+②×2得：CH3OH（l）+ O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=（﹣651KJ/mol+11KJ/mol﹣88KJ/mol）=﹣728KJ/mol，理想狀態下，該燃料電池消耗0.5molCH3OH（1）產生的熱量為 =364KJ，所以該燃料電池的理論效率為 ×100%=95%；
所以答案是：95%；
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡的計算的相關知識，掌握反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%，以及對弱電解質在水溶液中的電離平衡的理解，了解當弱電解質分子離解成離子的速率等于結合成分子的速率時，弱電解質的電離就處于電離平衡狀態；電離平衡是化學平衡的一種，同樣具有化學平衡的特征．條件改變時平衡移動的規律符合勒沙特列原理．