Question

7．氨和肼（N₂H₄）既是工業(yè)原料，又是重要的化工產(chǎn)品，工業(yè)上由氨生產(chǎn)硝酸的工藝流程如圖：

（1）肼（N₂H₄）中氮元素的化合價(jià)為-2
（2）實(shí)驗(yàn)室久置的濃硝酸發(fā)黃，請(qǐng)用化學(xué)方程式表示其原理4HNO₃=O₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（3）肼在一定條件下可發(fā)生分解反應(yīng)：3N₂H₄（g）?N₂（g）+4NH₃（g），己知斷裂Imol N-H、N-N、N≡N分別需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-367kJ/mol．
（4）某化學(xué)興趣小組模擬NH₃的合成，
①在其它條件不變的情況下，改變n（H₂）/n（N₂）投料比與平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖1所示，則當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$投料比為4時(shí)，達(dá)平衡后NH₃的體積分?jǐn)?shù)可能是圖中的點(diǎn)D（填“D”“E”或“F”）．

②現(xiàn)有容積為1L的甲乙兩個(gè)恒溫恒容密閉容器，向甲中加入2mol N₂和6mol H₂氣體后發(fā)生如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-a kJ•mol^-1，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成2mol NH₃，放出熱量Q₁kJ；乙中加入2molNH₃，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，吸收熱量Q₂kJ，則Q₁與Q₂的相互關(guān)系正確的是C．
A．Q₁+Q₂=a   B．Q₁+2Q₂＜2a   C．Q₁+2Q₂＞2a   D．Q₁+Q₂＜a
（5）氨在氧化爐主要有以下兩個(gè)反應(yīng)：
a  4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5kJ/mol
b  4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定溫度下，在2L的密閉容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃與3mol O₂發(fā)生反應(yīng)b，達(dá)到平衡后測(cè)得容器中NH₃的物質(zhì)的量為2mol，則反應(yīng)b的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{1}{9}$mol/L．
②一定溫度下，在氧化爐中通入10molNH₃發(fā)生反應(yīng) a，測(cè)得體系向外界釋放2000kJ熱量，則此時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率為88.35%（結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
 ③測(cè)得溫度對(duì)NO、N₂產(chǎn)率的影響如圖2所示，下列說法錯(cuò)誤的是A、B．
A．升高溫度，反應(yīng) a和b的平衡常數(shù)均增大
B.840℃后升高溫度，反應(yīng)a的正反應(yīng)速率減小，反應(yīng)b的正反應(yīng)速率增大
C.900℃后，NO產(chǎn)率下降的主要原因是反應(yīng)a平衡逆向移動(dòng)
D.800℃左右時(shí)，氨的催化氧化主要按照反應(yīng)a 進(jìn)行．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)物質(zhì)呈電中性的原理計(jì)算N的化合價(jià)；
（2）實(shí)驗(yàn)室久置的濃硝酸發(fā)黃，是由于濃硝酸分解產(chǎn)生NO₂，溶于硝酸導(dǎo)致，也產(chǎn)生O₂，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，據(jù)此計(jì)算；
（4）①合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），根據(jù)圖1，改變物料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$與平衡的NH₃體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，當(dāng)物料比按化學(xué)計(jì)量比投入時(shí)，產(chǎn)生NH₃的量最大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最高，據(jù)此判斷；
②恒溫恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)和平衡常數(shù)分析；
（5）①反應(yīng)b為4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{2}（{N}_{2}）}{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$，代入平衡時(shí)各組分的濃度計(jì)算；
②反應(yīng)a為4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），根據(jù)反應(yīng)的方程式和焓變計(jì)算反應(yīng)過程中NH₃轉(zhuǎn)化的量△n，則NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為$α=\frac{△n}{{n}_{總}(cāng)}×100%$，據(jù)此計(jì)算；
③A．根據(jù)圖2分析，升高溫度，兩個(gè)反應(yīng)中的反應(yīng)物產(chǎn)率并不是單純地增大，據(jù)此判斷平衡常數(shù)的變化；
B．升高溫度，無(wú)論是對(duì)正反應(yīng)速率，還是對(duì)逆反應(yīng)速率，都是增大的；
C.900℃后，NO產(chǎn)率，可知對(duì)于反應(yīng)a，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
D.800℃左右，根據(jù)圖2，此時(shí)NO的產(chǎn)率最高，可知反應(yīng)主要按反應(yīng)a進(jìn)行．

解答 解：（1）根據(jù)物質(zhì)呈電中性的原理，肼（N₂H₄）中，H呈+1價(jià)，則N的化合價(jià)為-2價(jià)，
故答案為：-2；
（2）實(shí)驗(yàn)室久置的濃硝酸發(fā)黃，是由于濃硝酸分解產(chǎn)生NO₂，溶于硝酸導(dǎo)致，也產(chǎn)生O₂，則其原理為：4HNO₃=O₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案為：4HNO₃=O₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，因此該反應(yīng)的焓變△H=3[E（N-N）+4E（N-H）]-E（N≡N）-4×3E（N-H）=-367kJ/mol，
故答案為：-367；
（4）①合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），根據(jù)圖1，改變物料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$與平衡的NH₃體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，當(dāng)物料比按化學(xué)計(jì)量比投入時(shí)，產(chǎn)生NH₃的量最大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最高，所以C處的轉(zhuǎn)化率最高，當(dāng)物料比為4時(shí) 轉(zhuǎn)化率要減少，故應(yīng)為D點(diǎn)，故答案為：D；
②恒溫恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)為放熱反應(yīng)，向甲中加入2mol N₂和6mol H₂氣體后發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成2mol NH₃，放出熱量Q₁kJ，反應(yīng)轉(zhuǎn)化了1molN₂，3molH₂，2molNH₃，則Q₁=a，故A，D均錯(cuò)，平衡時(shí)各組分濃度為c（N₂）=$\frac{2-1}{1}$=1mol/L，c（H₂）=$\frac{6-3}{1}$=3mol/L，c（NH₃）=$\frac{2}{1}$=2mol/L，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（2mol/L）^{2}}{（3mol/L）^{3}×（1mol/L）}$=$\frac{4}{27}$L²/mol²，
溫度不變，則平衡常數(shù)不變，乙中加入2molNH₃，設(shè)反應(yīng)生成了xmolN₂，根據(jù)反應(yīng)方程式，則平衡時(shí)各組分的濃度為c（N₂）=xmol/L，c（H₂）=3xmol/L，c（NH₃）=（2-2x）mol/L，則有K=$\frac{（2-2x）^{2}}{（3x）^{3}•x}$═$\frac{4}{27}$，可得x=$\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$＜1，可見乙容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，Q₂＜a，但x=$\frac{\sqrt{5}-1}{2}＞\frac{1}{2}$，因此Q₂$＞\frac{1}{2}$a，則Q₁+2Q₂$＞a+\frac{1}{2}a×2=2a$，故C正確，B錯(cuò)誤，
故答案為：C；
（5））①反應(yīng)b為4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{2}（{N}_{2}）}{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$，一定溫度下，在2L的密閉容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH₃與3mol O₂發(fā)生反應(yīng)b，達(dá)到平衡后測(cè)得容器中NH₃的物質(zhì)的量為2mol，則平衡時(shí)，容器中各組分的物質(zhì)的量濃度為c（NH₃）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，c（O₂）=$\frac{3-1}{2}$=1mol/L，c（N₂）=$\frac{\frac{2}{3}}{2}$=$\frac{1}{3}$mol/L，c（H₂O）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，則反應(yīng)b的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{（1mol/L）^{6}×（\frac{1}{3}mol/L）^{2}}{（1mol/L）^{3}×（1mol/L）^{4}}$=$\frac{1}{9}$mol/L，
故答案為：$\frac{1}{9}$mol/L；
②反應(yīng)a為4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），一定溫度下，在氧化爐中通入10molNH₃發(fā)生反應(yīng) a，測(cè)得體系向外界釋放2000kJ熱量，已知a反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=-905.5kJ/mol，表明當(dāng)4molNH₃完全參加反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)放出熱量為905.5kJ，因此當(dāng)反應(yīng)向外界釋放2000kJ能量時(shí)，轉(zhuǎn)化的NH₃的物質(zhì)的量為△n=$4×\frac{2000}{905.5}$mol，則NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為α=$\frac{△n}{{n}_{總}(cāng)}×100%$=88.35%
故答案為：88.35%；
③A．根據(jù)圖2分析，升高溫度，兩個(gè)反應(yīng)中的反應(yīng)物產(chǎn)率并不是單純地增大，因此平衡常數(shù)也不是單純地隨著溫度升高而增大，故A錯(cuò)誤；
B．升高溫度，無(wú)論是對(duì)正反應(yīng)速率，還是對(duì)逆反應(yīng)速率，都是增大的，故B錯(cuò)誤；
C.900℃后，NO產(chǎn)率，可知對(duì)于反應(yīng)a，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故C正確；
D.800℃左右，根據(jù)圖2，此時(shí)NO的產(chǎn)率最高，可知反應(yīng)主要按反應(yīng)a進(jìn)行，故D正確．
故選AB．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察化學(xué)原理知識(shí)，包含氮族元素的性質(zhì)，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動(dòng)，根據(jù)反應(yīng)方程式的計(jì)算，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，考查運(yùn)用化學(xué)知識(shí)綜合分析問題的能力，題目難度中等．