Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氨、肼(N₂H₄)和叠氮酸都是氮元素的重要氢化物，在工农业生产、生活中有着重大作用。
(1)合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重要影响。
①在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＜0，其平衡常数K与温度T的关系如下表。

T/K	298	398	498
平衡常数K	4.1×106	K1	K2

 
则该反应的平衡常数的表达式为________；判断K₁________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1∶3∶2
b．v(N₂)_正＝3v(H₂)_逆
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
③一定温度下，在1 L密闭容器中充入1 mol N₂和3 mol H₂并发生上述反应。若容器容积恒定，10 min达到平衡时，气体的总物质的量为原来的，则N₂的转化率为________，以NH₃的浓度变化表示该过程的反应速率为________。
(2)肼可用于火箭燃料、制药原料等。
①在火箭推进器中装有肼(N₂H₄)和液态H₂O₂，已知0.4 mol液态N₂H₄和足量液态H₂O₂反应，生成气态N₂和气态H₂O，放出256.6 kJ的热量。该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________。
②一种肼燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时负极的电极反应式为_____________________________________。

③加热条件下用液态肼(N₂H₄)还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该反应的化学方程式_______________________________________。
肼与亚硝酸(HNO₂)反应可生成叠氮酸，8.6 g叠氮酸完全分解    可放出6.72 L氮气(标准状况下)，则叠氮酸的分子式为________。

Answer 1

(1)①　＞　②c　③25%　0.05 mol/(L·min)
(2)①N₂H₄(l)＋2H₂O₂(l)=N₂(g)＋4H₂O(g)
ΔH＝－641.5 kJ/mol
②N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O
③4Cu(OH)₂＋N₂H₄2Cu₂O＋N₂↑＋6H₂O　HN₃

根据化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式，该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，平衡常数减小，故K₁＞K₂。②当N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1∶3∶2时，不一定为平衡状态，a项错误；当3v(N₂)_正＝v(H₂)_逆时为平衡状态，b项错误；该反应为气体体积减小的反应，当压强不变时一定达到平衡状态，c项正确；该体系中气体的质量不发生变化，容器体积不发生变化，故混合气体的密度不变，d项错误。
③设转化的N₂的物质的量为x mol，则有：
　　　　N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)
起始(mol)  1    3       0
转化(mol)  x    3x      2x
平衡(mol)  1－x  3－3x   2x
根据平衡时气体的总物质的量为原来的，可得x＝0.25，则N₂的转化率为25%，
v(NH₃)＝0.5/10＝0.05 mol/(L·min)。
(2)①由题中信息可写出该反应的热化学方程式。②在原电池中，阳离子移向正极，故N₂H₄所在的电极为负极，发生氧化反应，其电极反应式为N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O。③根据氧化还原反应原理及质量守恒定律可写出N₂H₄与Cu(OH)₂反应的化学方程式；由于N₂为0.3 mol，则氮气质量为8.4 g，又因叠氮酸的质量为8.6 g，则叠氮酸中氢元素的质量为0.2 g，从而可推知叠氮酸中H、N的原子个数比为1∶3，则其分子式为HN₃。