Question

工業(yè)上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以進一步制備聯(lián)氨（N₂H₄）等．
（1）火箭常用N₂H₄作燃料，N₂O₄作氧化劑．已知：
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
試寫出氣態(tài)聯(lián)氨在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學方程式：

 

．
（2）電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：通過電解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用．陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，撇掉浮渣層，即起到了浮選凈化的作用．某小組用電浮選凝聚法處理污水，設計裝置如圖1所示．

①寫出圖1中甲烷熔融鹽燃料電池負極的電極反應式

 

；
②圖1中電解池陽極發(fā)生了兩個電極反應，電極反應式分別是

 

、

 

；
（3）在一定條件下，將1mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應在不同溫度下達到平衡時NH₃的濃度如圖2所示．
①下列能判斷上述反應在一定溫度時達到化學平衡狀態(tài)的是（填字母）．
a．3c（N₂）=c（H₂）
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
c．容器中的壓強不變
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時斷裂2mol H-N鍵
②當溫度由T₁變化到T₂時，反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）平衡常數(shù)K_A

 

K_B（填“＞”、“＜”或“=”）
③反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)K=（列出表達式）．溫度為T₁時，若平衡混合氣體中氨的體積分數(shù)為25%，則達到平衡時N₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以合適的系數(shù)進行適當?shù)募訙p，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的加減；
（2）①燃料電池中，負極發(fā)生的反應是燃料失電子被氧化的過程；
②根據(jù)電極材料和離子的放電順序考慮；
（3）①）①a．3c（N₂）=c（H₂），并不能說明濃度不再發(fā)生改變，因此不能說明達到化學平衡；
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂），正、逆反應化學反應速率相等，說明處于平衡狀態(tài)；
c．該反應不是一個等體積的發(fā)應，容器中的壓強不變，說明該反應處于化學平衡狀態(tài)；
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時斷裂6mol H-N鍵，正、逆反應化學反應速率相等，說明處于平衡狀態(tài)；
②該反應是放熱的，溫度越高，平衡逆向移動，K越小；
③根據(jù)三行式計算轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②×2-①-③×2得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-534.0kJ?mol^-1）-67.7kJ?mol^-1-2×（-26.35kJ?mol^-1）=-1083kJ?mol^-1，
故熱化學方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ?mol^-1；
（2）①負極反應是CH₄失電子，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以負極反應為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；
②電解時鐵作陽極，因此主要發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時也發(fā)生副反應，即溶液中的OH^-失電子被氧化生成O₂，電極反應式為4OH^--4 e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
（3）①a．3c（N₂）=c（H₂），并不能說明濃度不再發(fā)生改變，因此不能說明達到化學平衡；
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂），正、逆反應化學反應速率相等，說明處于平衡狀態(tài)；
c．該反應不是一個等體積的發(fā)應，容器中的壓強不變，說明該反應處于化學平衡狀態(tài)；
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時斷裂6mol H-N鍵，正、逆反應化學反應速率相等，說明處于平衡狀態(tài)；
故選bc；
②該反應是放熱的，溫度越高，平衡逆向移動，K越小，所以K_A＞K_B，
故答案為：＞；
③將l mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到平衡時，A點混合氣體中氨的百分含量是25%，設氮氣的轉(zhuǎn)化率是x，則
            N₂+3H₂═2NH₃
  初始濃度：0.1 0.3   0
  變化濃度：x  3x    2x
  末態(tài)濃度：0.1-x 0.3-3x 2x
則

2x

0.1-x+0.3-3x+2x

×100%=25%，解得x=0.04mol/L，
所以氮氣的轉(zhuǎn)化率是

0.04mol/L

0.1mol/L

×100%=40%，
故答案為：40%．

點評：本題綜合考查了有關電化學、化學反應速率和平衡的有關計算等知識，綜合性較強，難度大，計算時注意利用三段法分析，理清數(shù)據(jù)關系．