Question

6．氮及其化合物在生产生活中用途广泛．回答下列问题：
（1）肼（N₂H₄）是重要的化工原料，其水溶液（溶质为N₂H₄•2H₂O）为二元弱碱，在水中的电离方式与氨水相似．
①N₂H₄的电子式为．②N₂H₄•2H₂O在水中第一步电离的电离方程式为N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-．
（2）以NH₃ 与CO₂为原料合成尿素[CO（NH₂）₂]的主要反应如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5KJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5KJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（ g）△H=+44.0KJ•mo1
则NH₃ 与CO₂合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol．
（3）“氯胺（NH₂Cl）消毒法”是在用液氯处理自来水的同时通入少量氨气发生反应Cl₂+NH₃═NH₂Cl+HCl． 工业上为提高氯气利用率，实现氯元素的闭路循环和零排放，可在高温及催化剂作用下将氯化氢转化为氯气：4HCl（g）+O₂（g）═2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-117.6KJ•mol^-1
某研究小组以铜一铬复合金属氧化物为催化剂对定容体系HCl 与O₂ 在不同配比条件下进行催化氧化，得到不同温度条件下HCl 的平衡转化率如图1所示．
①已知$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=4：1，温度为 360℃时 HCl 的平衡转化率为80%，且c（HCl）=0.4mol•L^-1，则该温度下此反应的平衡常数 K=160L/mol
②$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=8：1 时，HCl 平衡转化率随温度的降低变化不大，原因是350℃时HCl的转化率接近50%，根据投料比HCl：O₂=8：l，此时O₂的转化率已经接近100%，因此再降低温度，HC1的转化率也不会增大很多
③为了制备含氧量低的氯气，除了提高 HCl 和 O₂投料比还可以采用的方法有降低温度、增大压强  （任写两条）
（4）用图2的电化学装置可将雾霾中的SO₂、NO转化为（NH₄）₂SO₄．锂锰电池是常用的一次电池，其中电解质是LiClO₄，Li⁺通过电解质迁移入MnO₂ 晶格中，生成 LiMnO₂．
①M是H₂SO₄    （填化学式）．
②D电极反应式为NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①氨分子中氢原子被氨基（-NH₂）取代后的生成物叫肼，分子中全部为单键；
②肼的水溶液呈弱碱性，在水溶液中溶质为N₂H₄•2H₂O，第一步电离相当于N₂H₄夺取水的质子，产生OH^-，显碱性；
（2）NH₃ 与CO₂合成尿素和液态水的化学方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），该反应可由已知热效应的化学方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的热化学方程式；
（3）①根据化学平衡常数表达式，代入各组分的平衡浓度计算；
②增加HCl的用量，HCl 平衡转化率随温度的降低变化不大，根据图1分析变化不大的原因；
③为了制备含氧量低的氯气，除了提高 HCl 和 O₂投料比，还可以通过化学平衡正向移动达到目的，从温度和压强角度分析；
（4）①根据电极反应式分析溶液中的产物，据此判断物质M的组分；
②NO转化为（NH₄）₂SO₄，这个过程中N化合价降低，发生还原反应，据此写出D电极的电极反应式．

解答 解：（1）①氨分子中氢原子被氨基（-NH₂）取代后的生成物叫肼，分子中全部为单键，电子式为，故答案为：；
②肼的水溶液呈弱碱性，在水溶液中溶质为N₂H₄•2H₂O，第一步电离相当于N₂H₄夺取水的质子，产生OH^-，显碱性，则N₂H₄•2H₂O在水中第一步电离的电离方程式为：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-，
故答案为：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.5kJ/mol，
                  ②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.5kJ/mol，
                  ③H₂O（l）═H₂O（ g）△H₃=+44.0kJ•mo1，
NH₃ 与CO₂合成尿素和液态水的化学方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），该反应可由①+②-③得到，根据盖斯定律，该反应的焓变△H=△H₁+△H₂-△H₃=-159.5+116.5-44.0=-87.0kJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；
（3）①$\frac{n（HCl）}{n（{O}_{2}）}$=4：1，温度为 360℃时 HCl 的平衡转化率为80%，且c（HCl）=0.4mol/L，则HCl的起始浓度为$\frac{0.4mol/L}{1-80%}$=2mol/L，则起始时O₂的浓度为0.5mol/L，根据反应方程式，平衡时c（HCl）=0.4mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（Cl₂）=c（H₂O）=0.8mol/L，则该温度下，化学平衡常数为K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{l}_{2}）}{c（{O}_{2}）{c}^{4}（HCl）}$=$\frac{（0.8mol/L）^{2}×（0.8mol/L）^{2}}{0.1mol/L×（0.4mol/L）^{4}}$=160L/mol，
故答案为：160L/mol；
②增加HCl的用量，HCl 平衡转化率随温度的降低变化不大，从图1分析，350℃时HCl的转化率接近50%，此时将投料比变成HCl：O₂=8：l，O₂的转化率已经接近100%，可见降低温度并不能使HCl的平衡转化率改变多少，
故答案为：350℃时HCl的转化率接近50%，根据投料比HCl：O₂=8：l，此时O₂的转化率已经接近100%，因此再降低温度，HC1的转化率也不会增大很多；
（4）①电化学装置可将雾霾中的SO₂、NO转化为（NH₄）₂SO₄，锂锰电池中电解质是LiClO₄，Li⁺通过电解质迁移入MnO₂ 晶格中，生成 LiMnO₂，则MnO2电极处得到电子，做原电池正极，与之相连的电解池中的石墨电极就为阳极，阴极上SO₂反应，失去电子，该电极的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，所以还生成M为H₂SO₄，
故答案为：H₂SO₄；
②NO转化为（NH₄）₂SO₄，这个过程中N化合价降低，发生还原反应，则D电极反应式为NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O，故答案为：NO+6H⁺+5e^-=NH₄⁺+H₂O．

点评 本题考查化学原理知识，属于综合题型，包含电子式的书写，弱电解质的电离平衡，热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，化学平衡常数的计算，化学平衡的移动，电化学知识，电极反应式的书写，均为常见题型，也都是高频考点，平时需要加强练习，题目难度中等，试题有助于培养综合运用化学原理的能力．