Question

11．氨分解产生的氢气可作为燃料供给氢氧燃料电池，这是极具吸引力的燃料电池供氢方法．
（l）已知：1molH一H键、lmo1N一H键、1molN≡N键断裂时分别需要吸收436kJ、39IkJ、946kJ的能量，则氨分解反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的焓变△H=+92kJ/mol．
（2）向体积均为2L的容器A和B中同时分别充入2molNH₃（两容器装有催化剂）发生上述反应．在反应过程中，A 保持温度和容积不变；B 保持温度和压强不变．
①反应2分钟后，A容器内压强变为原来的1.2倍，则2分钟内用氨气表示的平均反应速率为0.1mol/（L•min）．
②如图1为A容器中NH₃的转化率随时间变化的α（NH₃）一t曲线，请在图中画出B容器中相应α（NH₃）一t 曲线的示意图，并简要说明理由B容器体积增大，反应过程中压强较A小，反应速率慢，平衡正向移动，NH₃转化率大．

（3）利用如图2实验装置可以合成氨，钯电极B 的电极反应式为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
（4）室温时，将c mol/L HF溶液与0.01mol/L NaOH 溶液等体积混合，反应后溶液呈中性，则HF的电离常数K_α=$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$（请用含c的代数式表示）．
（5）肼（N₂H₄）的性质类似于NH₃，可与水反应生成一种二元弱碱N₂H₄•2H₂O，其水溶液显示碱性的原因是_N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-_（用电离方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）热化学方程式中，反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，据此计算反应焓变；
（2）①依据题干条件和三行计算得到，气体压强之比等于化学方程式气体计量数之比，计算得到消耗氨气物质的量，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算得到；
②B 保持温度和压强不变，随反应进行气体压强减小，体积缩小所以反应过程中B中压强始终比A中压强大，达到平衡所需时间短，平衡正向移动，NH₃转化率大，氨气含量少于A；
（3）利用如图2实验装置可以合成氨，反应总方程式为N₂+3H₂?2NH₃，反应中N元素化合价降低，被还原，应为电解池阴极反应，电极方程式为N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，H元素化合价升高，被氧化，应为电解池阳极反应，电极方程式为H₂-2e^-=2H⁺，以此解答该题；
（4）呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（F^-）=0.005mol/L，以此计算；
（5）根据一水合氨电离方式书写N₂H₄•2H₂O电离方程式．

解答 解：（1）1molH一H键、lmo1N一H键、1molN≡N键断裂时分别需要吸收436kJ、39IkJ、946kJ的能量，则氨分解反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的焓变△H=6×39IkJ/mol-3×436kJ/mol-946kJ/mol=+92kJ/mol，
故答案为：+92kJ/mol；
（2）①反应2分钟后，A容器内压强变为原来的1.2倍，气体压强之比为化学方程式计量数之比，设生成氮气物质的量为x，则
              2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）   2        0       0
变化量（mol）   2x        x      3x
2min末（mol/L） 2-2x     x       3x
$\frac{2-2x+x+3x}{2}$=1.2
x=0.2mol
2分钟内用氨气表示的平均反应速率=$\frac{\frac{0.2×2mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/L•min，
故答案为：0.1；
②B 保持温度和压强不变，随反应进行气体压强减小，体积缩小所以反应过程中B中压强始终比A中压强大，达到平衡所需时间短，平衡正向移动，NH₃转化率大，氨气含量少于A，据此画出变化图象为：，
故答案为：；B容器体积增大，反应过程中压强较A小，反应速率慢，平衡正向移动，NH₃转化率大；
（3）利用如图2实验装置可以合成氨，反应总方程式为N₂+3H₂?2NH₃，反应中N元素化合价降低，被还原，应为电解池阴极反应，电极反应方程式为：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（4）呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（F^-）=0.005mol/L，所以用含c的代数式表示HF的电离常数K_a=$\frac{c（{H}^{+}）c（{F}^{-}）}{c（HF）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{\frac{c}{2}-0.005}$=$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$故答案为：$\frac{1{0}^{-9}}{c-0.01}$；
（5）肼（N₂H₄）的性质类似于NH₃，极易溶于水，与水反应生成一种二元弱碱N₂H₄•2H₂O，该二元弱碱电离，电离方程式为：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-，
故答案为：N₂H₄•2H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+OH^-．

点评 本题考查了反应热的有关计算、反应热与化学键键能的关系、化学平衡的有关知识，涉及化学平衡常数的有关计算、化学平衡状态的判断、化学反应速率的计算等知识点，图象绘制和理解是解题关键，题目难度中等．