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(2013•天津模拟)氮是地球上含量丰富的一种元素,氨和肼(N2H4)是氮的两种常见化合物,在科学技术和生产中有重要的应

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:化学作业 时间:2024/07/08 11:03:19
(2013•天津模拟)氮是地球上含量丰富的一种元素,氨和肼(N2H4)是氮的两种常见化合物,在科学技术和生产中有重要的应用.
Ⅰ.(1)N2H4中的N原子最外层达到8电子稳定结构,写出N2H4的结构式______.
(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为______.
(3)肼是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示,写出肼燃烧的热化学方程式______.
Ⅱ.氨的合成是最重要的化工生产之一.已知:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
在3个体积均为2L的密闭容器中,在相同的温度下,使用相同的催化剂合成氨,实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示:
容 器
反应物投入量3mol H2、2mol N26mol H2、4mol N22mol NH3
达到平衡的时间(min)58
N2的浓度(mol•L)c11.5
NH的体积分数ω1ω2ω3
混合气体密度(g•L)ρ1ρ2
试回答:
(1)下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是______(填写序号字母).
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2        b.v(N2=3v(H2
c.容器内压强保持不变                        d.混合气体的密度保持不变
(2)分析上表数据,下列关系正确的是______(填写序号字母).
A.2c1>1.5mol•L-1    B.w3=w1    C.2ρ12    D.K=K=K
(3)容器乙中反应从开始到达平衡平均速率为v(H2)=______.
Ⅲ.直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH3+3O2═2N2+6H2O,电解质溶液一般使用KOH溶液,则负极电极反应式是______.
Ⅰ(1)N2H4中的N原子可达到8电子的稳定结构,氮原子最外层3个电子形成三对共用电子对,和未成键的一对电子形成8电子稳定结构,每个氮原子和两个氢原子形成共价键,氮原子间形成一个共价键,结构式为:,故答案为:
(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),氮元素化合价升高被氧化,次氯酸钠做氧化剂被还原为氯化钠,依据原子守恒配平写出化学方程式为2NH3+NaClO=N2H4+NaCl+H2O,
故答案为:2NH3+NaClO=N2H4+NaCl+H2O;
(3)由图可知,在反应 N2H4(g)+O2(g)═N2(g)+2H2O(g)中△H=2218kJ•mol-1-2752kJ•mol-1=-534 kJ•mol-1,所以热化学方程式为:N2 H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g )△H=-534 kJ•mol-1,故答案为:N2 H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g )△H=-534 kJ•mol-1
Ⅱ(1)a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2,不能说明达到判断状态,取决于起始配料比和转化程度,故a错误;
b.当3v(N2=v(H2时,才说明达到平衡状态,故b错误;
c.容器内压强保持不变,可说明达到平衡状态,故c正确;
d.恒容时体积不变,质量不变,则混合气体的密度保持不变,不能达到平衡状态,故d错误.
故答案为:c;
(2)恒温、恒容条件下:
A.假设乙容器的容积为4L,则达到平衡时甲乙为等效平衡,各组分的含量、浓度相等,此时氮气的浓度为c1,然后将容器的容积缩小到2L,若平衡不移动,2c1=1.5mol/L,由于压强增大,平衡向着正向移动,氨气的浓度增大,所以2c1>1.5mol/L,故A正确;    
B.丙中2mol氨气相当于加入了1mol氮气、3mol氢气,而甲中为3mol H2、2mol N2,由于丙反应物氮气的物质的量减小,生成的氨气的物质的量减小,所以ω3<ω1,故B错误;
C.反应前后都是气体,容器的容积都是2L,乙中混合气体的质量为甲的2倍,根据ρ=
m
V可知:2ρ12,故C正确;
D.因为温度相同,故K=K=K,故D正确;
故选ACD;
(3)容器乙中,反应前氮气的浓度为:
4mol
2L=2mol/L,氮气的平均反应速率为:v(N2)=
2mol/L−1.5mol/L
5min=0.1mol•L-1•min-1,根据反应3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)可知:v(H2)=3v(N2)=0.3 mol•L-1•min-1,故答案为:0.3 mol•L-1•min-1
Ⅲ.氨气为碱性气体,电解质溶液应呈碱性,负极发生氧化反应,氨气被氧化生产氮气,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,故答案为:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O.
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