Question

12．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．
（1）圖1是N₂（g）和H₂（g）反應(yīng)生成1mol NH₃（g）過程中能量 變化示意圖，請寫出N₂和H₂反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol；
（2）若已知下列數(shù)據(jù)：

化學(xué)鍵	H-H	N≡N
鍵能/kJ•mol-1	435	943

試根據(jù)表中及圖中數(shù)據(jù)計(jì)算N-H的鍵能390KJ/mol．
（3）科學(xué)家用氮化鎵、銅等材料組裝成人工光合系統(tǒng)（如圖2），利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄．

①寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少 量硫酸（選填“鹽酸”或“硫酸”）．
（4）①肼（N₂H₄） 的結(jié)構(gòu)式；
②NH₃與NaClO反應(yīng)可得到肼（N₂H₄），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
③肼可作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，與氧化劑N₂O₄反應(yīng)生成N₂和水蒸氣．
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
寫出肼和N₂O₄ 反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
④肼一空氣燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時(shí)，負(fù)極的反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）據(jù)焓變等于反應(yīng)物活化能減去生成物活化能求算焓變，再書寫熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能計(jì)算；
（3）①原電池中電子從負(fù)極流向正極，則Cu電極為正極，正極上CO₂得電子生成CH₄；
②根據(jù)溶液中的電解質(zhì)的酸堿性判斷；
（4）①肼是共價(jià)化合物氮原子和氫原子形成共價(jià)鍵，氮原子和氮原子間也形成共價(jià)鍵；
②NH₃與NaClO反應(yīng)可得到肼（N₂H₄），N元素的化合價(jià)升高，故還生成氯化鈉與水；
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；
利用蓋斯定律將Ⅱ×2-Ⅰ可得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g），并以此計(jì)算反應(yīng)熱．燃料電池中，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，④N₂H₄失電子生成N₂，據(jù)此分析書寫．

解答 解：（1）據(jù)焓變等于反應(yīng)物活化能減去生成物活化能求算焓變，N₂和H₂反應(yīng)生成2mol NH₃過程中的△H=335KJ/mol-427.2KJ/mol=-92.2KJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol；
（2）反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設(shè)N-H的鍵能為x，則943KJ/mol+3×435KJ/mol-6x=-92KJ/mol，x=390KJ/mol，
故答案為：390KJ/mol；
（3）①原電池中電子從負(fù)極流向正極，則Cu電極為正極，正極上CO₂得電子生成CH₄，則銅電極表面的電極反應(yīng)式為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②電解質(zhì)溶液顯酸性，加氫氧化鈉能與二氧化碳反應(yīng)，所以不能加NaOH，應(yīng)該加硫酸；
故答案為：硫酸；
（4）①聯(lián)氨是共價(jià)化合物氮原子和氫原子形成共價(jià)鍵，氮原子和氮原子間也形成共價(jià)鍵，結(jié)構(gòu)式為：，
故答案為：；
②NH₃與NaClO發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到肼（N₂H₄）、氯化鈉和水，所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：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；
利用蓋斯定律將Ⅱ×2-Ⅰ可得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g），
△H=（-534.2kJ/mol）×2-（-19.5kJ/mol）=-1048.9kJ/mol，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
④肼--空氣燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時(shí)，負(fù)極是肼燃燒生成氮?dú)夂退�，�?fù)極的電極反應(yīng)式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)電源新型電池，題目難度中等，注意蓋斯定律的應(yīng)用，明確原電池原理為解答關(guān)鍵，注意正確判斷電極反應(yīng)、電子流向、離子流向，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫．