Question

12．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．
（1）图1是N₂（g）和H₂（g）反应生成1mol NH₃（g）过程中能量 变化示意图，请写出N₂和H₂反应的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol；
（2）若已知下列数据：

化学键	H-H	N≡N
键能/kJ•mol-1	435	943

试根据表中及图中数据计算N-H的键能390KJ/mol．
（3）科学家用氮化镓、铜等材料组装成人工光合系统（如图2），利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄．

①写出铜电极表面的电极反应式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少 量硫酸（选填“盐酸”或“硫酸”）．
（4）①肼（N₂H₄） 的结构式；
②NH₃与NaClO反应可得到肼（N₂H₄），该反应的化学方程式为2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
③肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N₂O₄反应生成N₂和水蒸气．
已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄ （g）△H₁=-19.5kJ•mol^-1
②N₂H₄ （1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O （g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1
写出肼和N₂O₄ 反应的热化学方程式2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
④肼一空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）据焓变等于反应物活化能减去生成物活化能求算焓变，再书写热化学方程式；
（2）根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算；
（3）①原电池中电子从负极流向正极，则Cu电极为正极，正极上CO₂得电子生成CH₄；
②根据溶液中的电解质的酸碱性判断；
（4）①肼是共价化合物氮原子和氢原子形成共价键，氮原子和氮原子间也形成共价键；
②NH₃与NaClO反应可得到肼（N₂H₄），N元素的化合价升高，故还生成氯化钠与水；
③已知ⅠN₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄ （g）△H₁=-19.5kJ/mol
ⅡN₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=-534.2kJ/mol；
利用盖斯定律将Ⅱ×2-Ⅰ可得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g），并以此计算反应热．燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化反应，④N₂H₄失电子生成N₂，据此分析书写．

解答 解：（1）据焓变等于反应物活化能减去生成物活化能求算焓变，N₂和H₂反应生成2mol NH₃过程中的△H=335KJ/mol-427.2KJ/mol=-92.2KJ/mol，所以热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol；
（2）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，设N-H的键能为x，则943KJ/mol+3×435KJ/mol-6x=-92KJ/mol，x=390KJ/mol，
故答案为：390KJ/mol；
（3）①原电池中电子从负极流向正极，则Cu电极为正极，正极上CO₂得电子生成CH₄，则铜电极表面的电极反应式为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
故答案为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②电解质溶液显酸性，加氢氧化钠能与二氧化碳反应，所以不能加NaOH，应该加硫酸；
故答案为：硫酸；
（4）①联氨是共价化合物氮原子和氢原子形成共价键，氮原子和氮原子间也形成共价键，结构式为：，
故答案为：；
②NH₃与NaClO发生氧化还原反应可得到肼（N₂H₄）、氯化钠和水，所以该反应的化学方程式为：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案为：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
③已知ⅠN₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄ （g）△H₁=-19.5kJ/mol
ⅡN₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=-534.2kJ/mol；
利用盖斯定律将Ⅱ×2-Ⅰ可得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g），
△H=（-534.2kJ/mol）×2-（-19.5kJ/mol）=-1048.9kJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
④肼--空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极是肼燃烧生成氮气和水，负极的电极反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．

点评 本题考查反应热的计算、化学电源新型电池，题目难度中等，注意盖斯定律的应用，明确原电池原理为解答关键，注意正确判断电极反应、电子流向、离子流向，难点是电极反应式的书写．