Question

【題目】氮是第二周期VA族元素，形成的N2H4、NH3等多種含氮化合物有著廣泛的用途。回答下列問題：

(1)畫出氮的核外電子排布圖：___________。

(2)①肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，常溫下是一種可燃性液體，其燃燒熱較大且產(chǎn)物對環(huán)境無污染，常用作火箭燃料。

已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1；

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2；

2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH3；

則反應(yīng)：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O ΔH=____(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代數(shù)式表示)。

②肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產(chǎn)物無污染，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空氣燃料電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式是_____________；正極附近溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(3)某溫度下，分別向三個(gè)體積為20 L的密閉容器中充入1 mol N2和2.6 mol H2分別保持恒溫恒容、恒溫恒壓和絕熱恒容，均發(fā)生反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。三個(gè)容器(分別用a、b、c表示)中N2的轉(zhuǎn)化率(α)與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。

①下列表示恒容時(shí)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是______ (填字母)。

A. 氨氣的濃度不再變化 B. v(H2)=3v(N2)

C. 的值不再變化D. α(N2)=16.7%

②圖中代表反應(yīng)在絕熱恒容容器中進(jìn)行的曲線是______(填“a”“b”或“c”)。

③b容器中，M點(diǎn)v正_____(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

④曲線a代表的條件下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________。

Answer 1

【答案】 N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 增大 AC c 大于 10 (L/mol)2

【解析】

(1)N是7號(hào)元素，原子核外有7個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理可得N的核外電子排布圖；

(2)①將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②在燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的電極為正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)溶液中離子濃度變化判斷pH變化情況；

(3)①反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各組分的濃度不再改變，正逆反應(yīng)速率相等，據(jù)此逐項(xiàng)分析；

②反應(yīng)為放熱反應(yīng)，絕熱容器中，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系溫度升高，反應(yīng)速率增大；

③b容器中，M點(diǎn)的平衡轉(zhuǎn)化率尚未達(dá)到該條件下的平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)仍需正向進(jìn)行；

④曲線a代表恒溫恒壓條件下的反應(yīng)，根據(jù)方程式計(jì)算平衡體系中各組分的平衡濃度，據(jù)此計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)值。

(1)N是7號(hào)元素，原子核外有7個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理可得N的核外電子排布式是1s22s22p3，則N原子核外電子排布圖為；

(2)①(i)N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1；

(ii)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2；

(iii)2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH3；

根據(jù)蓋斯定律，將，整理可得N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O ΔH=；

②在肼燃料電池中，通入燃料肼的電極為負(fù)極，肼失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，與溶液中OH-結(jié)合形成N2和水，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；通入空氣或氧氣的電極為正極，正極上氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，可見：正極上反應(yīng)消耗水，同時(shí)產(chǎn)生OH-，使附近溶液中c(OH-)增大，所以正極附近溶液的pH增大；

①A. 反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各組分的濃度不再改變，則氨氣的濃度不再變化，A正確；

B. 反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，用同一物質(zhì)表示的正、逆反應(yīng)速率相等，對于v(H2)=3v(N2)，由于未指明是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；

C. 反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各組分的濃度不再改變，則的值不再變化，C正確；

D. 若反應(yīng)在恒溫恒容時(shí)，N2的平衡轉(zhuǎn)化率為20%，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是A、C；

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在絕熱容器中，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系溫度升高，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短，根據(jù)圖進(jìn)行分析，可知表示絕熱恒容容器的為曲線c；

③b容器中，M點(diǎn)的平衡轉(zhuǎn)化率尚未達(dá)到該條件下的平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)仍需正向進(jìn)行，所以M點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即v 正>v逆；

④曲線a代表恒溫恒壓條件下的反應(yīng)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，在反應(yīng)開始時(shí)，c(N2)=0.05 mol/L，c(H2)=0.13 mol/L，c(NH3)=0，假設(shè)N2轉(zhuǎn)化濃度為x，則平衡時(shí)各種氣體的濃度分別是c(N2)=(0.05-x) mol/L，c(H2)=(0.13-3x) mol/L，c(NH3)=2x mol/L，由于在恒溫恒容條件下N2轉(zhuǎn)化率為20%，則×100%=20%，可得x=0.01 mol，所以平衡時(shí)c(N2)=(0.05-x) mol/L=0.04 mol/L，c(H2)=(0.13-3x) mol/L=0.1 mol/L，c(NH3)=2x mol/L=0.02mol/L，故該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=(L/mol)2=10(L/mol)2。