Question

在元素周期表中处于相邻位置的元素在结构和性质上有许多相似的地方．第二周期的碳、氮、氧、氟都可以形成氢化物，氧元素的氢化物除H₂O外，还有H₂O₂；碳元素的氢化物除CH₄外，还有C₂H₆等；与之相似的氮元素的氢化物除外，还有N₂H₄等．
（1）碳原子之间可以结合成链状结构，氮原子之间也可以形成链状结构，假设氮原子间只以氮氮单键形式连接成链状，并形成氢化物，则该系列氢化物的通式为

 

．
（2）该系列中的N₂H₄是“神六”发射时火箭所用的液体燃料，液态的四氧化二氮作氧化剂，此液态燃料的优点是产生的能量大且无污染．已知40g N₂H₄在火箭发射时反应中放出710kJ热量，写出火箭发射时该反应的热化学方程式：

 

．
（3）该系列物中的NH₃对农业、化学、国防工业具有重要意义．其合成原理为：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1
Ⅰ．在一定温度下，将1.5molN₂和6molH₂通入到一个固定容积为VL的密闭容器中，当反应达到平衡时，容器内气体的压强为起始时的80%，则此时反应放出的热量为

 

 kJ．H₂的转化率=

 

．
该温度下合成氨反应的平衡常数K₁=

 

（只列数字表达式）
Ⅱ．在保持温度不变，相同体积的密闭容器中，将起始的物质的量改为amolN₂、bmolH₂、cmolNH₃，平衡时
NH₃的物质的量分数为25%，则：达到平衡时，Ⅰ和Ⅱ放出的热量

 

 （填字母代号）
A．一定相等
B．前者一定小于后者
C．前者等于或小于后者
D．前者等于或大于后者
Ⅰ和Ⅱ合成氨的平衡常数分别为K₁和K₂，同K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）
欲使开始时反应正向进行，a的取值范围为

 

．

Answer 1

分析：（1）每个N原子能形成3个共价键，可以和氮原子、氢原子都能形成共价键，利用数学归纳法确定其通式；
（2）40g联氨的物质的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭发射时反应中放出710kJ热量，2mol完全反应放出1136kJ热量；
（3）I．在一定温度下，相同条件下，气体的物质的量之比等于其压强之比，根据反应的氢气和反应热之间的关系式计算放出的热量；根据转化率公式计算氢气的转化率；
平衡常数K=

c(NH3)2

c(H2)3．c(N2)

；
II．相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与I中平衡相同，说明两平衡为完全等效平衡，根据c的量来确定放出的热量；
温度不变，化学平衡常数不变；
欲使开始时反应正向移动，氮气的物质的量要大于I中平衡时氮气的物质的量而小于未反应时氮气的物质的量．

解答：解：（1）当氮原子个数为1时，氢原子个数为3，
当氮原子个数为2时，氢原子个数为4，
当氮原子个数为3时，氢原子个数为5，
当氮原子个数为4时，氢原子个数为6，
当氮原子个数为n时，氢原子个数为n+2，
所以其通式为N_nH _n+2（n≥1且n为正整数），
故答案为：N_nH _n+2（n≥1且n为正整数）；
（2）40g联氨的物质的量=

40g

32g/mol

=1.25mol，1.25mol N₂H₄在火箭发射时反应中放出710kJ热量，2mol完全反应放出1136kJ热量，所以其热化学反应方程式为：
2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136KJ?mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136KJ?mol^-1；
（3）I．在一定温度下，相同条件下，气体的物质的量之比等于其压强之比，反应平衡时混合气体的物质的量=（1.5+6）mol×80%=6mol，气体的物质的量减少1.5mol，
设参加反应的氢气的物质的量为x，放出的热量为Q，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）n_（减少） 放出的热量92kJ
        3mol            2mol    92kJ
        x               1.5mol  Q
3mol：2mol=x：1.5mol，x=2.25mol
2mol：92kJ=1.5mol：Q，Q=69kJ，
氢气的转化率=

2.25mol

6mol

×100%=37.5%，
根据氮气、氢气、氨气和反应前后物质的量减少量之间的关系式得：
平衡时氮气的物质的量为（1.5-0.75）mol=0.75mol，
氢气的物质的量=（6-2.25）mol=3.75mol，
氨气的物质的量为参加反应的氮气的2倍=0.75mol×2=1.5mol，
平衡常数K=

c(NH3)2

c(H2)3．c(N2)

=

( 1.5 V )2

0.75 V ×( 3.75 V )3

；
II．由上面数据可知下，I中平衡时NH₃的物质的量分数=1.5mol/6mol*100%=25%，由题目II中平衡时“NH₃的物质的量分数为25%”可知，两个平衡是等效平衡，
因此有两种情况，当c=0时，即只有反应物，由于I和II是等效平衡，且该反应是个气体体积改变的反应，所以II中a=1.5mol，b=6mol，反应放热和I中相等；
若c不等于0，即存在生成物，根据等效平衡一边倒原则，a小于1.5mol，b小于6mol，反应发出的热量比I中少，或者反应逆向进行，即吸热，故选D；
温度不变，化学平衡常数不变，所以K₁=K₂；
欲使开始时反应正向移动，氮气的物质的量要大于I中平衡时氮气的物质的量而小于未反应时氮气的物质的量，所以a的物质的量的取值范围为：0.75＜a≤1.5，
故答案为：D；=；0.75＜a≤1.5．

点评：本题考查了热化学反应方程式的书写、等效平衡、化学平衡常数等知识点，根据物质之间的关系式来分析解答，并运用数学归纳法来解答，难点是等效平衡，正确理解等效平衡的含义即可解答，难度中等．