Question

【題目】氮是化肥工業和化工生產的主要原料，工業上合成氨使用的氫氣主要來自合成氣(CO、H2混合氣體)。請回答下列問題：

（1）工業上合成氨的反應原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH 。 已知：

化學鍵	H－H	N≡N	N－H
鍵能/kJ·mol-1	436	945.6	391

化學鍵的鍵能是形成或斷裂1 mol 化學鍵放出或吸收的能量，單位為kJ/mol。上述反應的ΔH________________。

（2）聯氨（又稱肼，N2H4），試寫出聯氨的電子式_________；聯氨又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：2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g) ΔH1

N2H4(l)＋O2(g)= N2(g)＋2H2O(g) ΔH2

則N2(g)＋2O2(g)=N2O4 (l) ΔH3＝_________

（3）以氨氣代替氫氣來研發氨燃料電池是當前科研的一個熱點。氨燃料電池使用的電解質溶液是KOH溶液，其裝置如圖所示。a電極反應式為________。若該燃料電池消耗標準狀況下6.72 L空氣(假設空氣中O2體積分數為20%)，則理論上消耗NH3的質量為_______g。

（4）甲醇燃料電池在生活應用也很廣泛，在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質。寫出該電池的負極反應式______________。

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）舊鍵的斷裂吸熱，新鍵的形成放熱；

（2）聯氨的結構簡式為H2N-NH2；根據蓋斯定律進行計算；

（3）根據裝置圖，a電極為負極；利用電池兩極轉移電子數目相同進行計算；

（4）根據電解質的成分，則甲醇失電子，與碳酸根離子反應，生成二氧化碳和水。

（1）舊鍵的斷裂吸熱，新鍵的形成放熱，反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，則ΔH=945.6+436×3-391×6=-92.4kJ/mol；

（2）聯氨的結構簡式為H2N-NH2，則電子式為；①2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g) ΔH1，②N2H4(l)＋O2(g)= N2(g)＋2H2O(g) ΔH2，根據蓋斯定律，②×2-①即可得到N2(g)＋2O2(g)=N2O4 (l)，ΔH3＝2ΔH2-ΔH1；

（3）根據裝置圖可知，a電極通入氨氣，生成氮氣，化合價升高，失電子，作電池的負極；n（O2）=6.72 L×20%/22.4L/mol=0.06mol，化合價由0價變為-2價，轉移0.24mol電子，消耗1mol NH3，轉移3mol電子，轉移0.24mol電子，消耗0.08mol NH3，即1.36g；

（4）Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質，則甲醇失電子，與碳酸根離子反應，生成二氧化碳和水，負極反應式為CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O。