Question

6．氨和肼（N₂H₄）既是一种工业原料，又是一种重要的化工产品．

（1）等物质的量的氨和肼分别与足量的二氧化氮反应，产物为氮气和水．则转移电子数目之比为3：4．
（2）肼在一定条件下可发生分解反应：3N₂H₄（g）?N₂（g）+4NH₃（g），己知断裂Imol N-H、N-N、N-N分别需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．则该反应的反应热△H=-367kJ/mol．
（3）氨的催化氧化过程主要有以下两个反应：
（i ）4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ/mol
（ii ）4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃与3mol O₂发生反应（ii），达到平衡后测得容器中NH₃的物质的量为2mol；则反应（ii）的化学平衡常数K=$\frac{1}{9}$；
②测得温度对NO、N₂产率的影响如图1所示．下列说法错误的是AB
A．升高温度，反应（i）和（ii）的平衡常数均增大
B.840℃后升高温度，反应（i）的正反应速率减小，反应（ii）的正反应速率增大
C.900℃后，NO产率下降的主要原因是反应（i）平衡逆向移动
D.800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应（i）进行
（4）N₂H₄-O₂燃料电池是一种高效低污染的新型电池，其结构如图2所示：
①b极为电池的正极；
②a极的电极反应方程式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
③以该燃料电池为电源，用惰性电极电解400mL足量KC1溶液一段时间，当消耗O₂的体积为2.24L（标准状况下）时，溶液pH=14．（忽略溶液体积变化）

Answer 1

分析 （1）NH₃→N₂，N元素化合价+3→0，故由1molNH₃转化为N₂得到3mol电子，N₂H₄→N₂，N元素化合价+2→0，故由1molN₂H₄转化为N₂得到4mol电子；
（2）反应热=反应物总键能-生成物总键能；
（3）①计算平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
②A．反应（i）和（ii）均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
B．升高温度，正逆反应速率都增大；
C．产率的大小与平衡移动的方向有关；
D.800℃左右时，NO的产率较大，而生成氮气较少．
（4）肼、氧气碱性燃料电池，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，正极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，电池总反应为：N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，以此解答该题．

解答 解：（1）NH₃→N₂，N元素化合价+3→0，故由1molNH₃转化为N₂得到3mol电子，N₂H₄→N₂，N元素化合价+2→0，故由1molN₂H₄转化为N₂得到4mol电子，故等物质的量的氨和肼分别与足量二氧化氮反应，产物为氮气和水．则转移的电子数之比为3：4，
故答案为：3：4；
（2）肼在一定条件下可按下式分解：3N₂H₄（g）=N₂（g）+4NH₃（g），已知断裂1molN-H、N-N及N≡N需吸收的能量依次为390.8kJ、193kJ、946kJ．若生成1molN₂，反应焓变△H=3×（193kJ/mol+390.8kJ×4KJ/mol）-946kJ/mol-4×3×390.8kJ/mol=-367KJ/mol，
故答案为：-367；
（3）①一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃与3mol O₂发生反应（ii），达到平衡后测得容器中NH₃的物质的量为2mol，则消耗氨气的物质的量为$\frac{4}{3}$mol，则
                  4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
起始（mol）$\frac{10}{3}$               3             0               0
转化（mol）$\frac{4}{3}$                 1             $\frac{2}{3}$               2
平衡（mol）2                   2             $\frac{2}{3}$               2
平衡浓度（mol/L） 1        1              $\frac{1}{3}$               1
则K=$\frac{（\frac{1}{3}）^{2}×{1}^{6}}{{1}^{4}×{1}^{3}}$=$\frac{1}{9}$，
故答案为：$\frac{1}{9}$；
②A．反应（i）和（ii）均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则平衡常数都减小，故A错误；
B．升高温度，活化分子百分数增大，则正逆反应速率都增大，故B错误；
C.900℃之前，NO的产率逐渐增多，而900℃之后，NO产率下降的主要原因是反应（i）平衡逆向移动，因正反应为放热反应，故C正确；
D.800℃左右时，NO的产率较大，而生成氮气较少，可知800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应（i）进行，故D正确．
故答案为：AB；
（4）①b通入氧气，发生还原反应，应为原电池的正极，故答案为：正； 
②负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
③当消耗O₂的体积为2.24L（标准状况下）时，n（O₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，由正极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-可知转移0.4mol电子，电解KCl的方程式为2KCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2KOH+H₂↑+Cl₂↑，可知生成0.4molKOH，则c（OH^-）=$\frac{0.4mol}{0.4L}$=1mol/L，则pH=14．
故答案为：14．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、化学反应与能量变化、化学平衡的计算以及原电池知识，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力、计算能力，注意把握平衡常数的计算方法，把握原电池的工作原理，难度中等．