Question

(14分)氮的氢化物NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。

（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：

①4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(l)    H1

②4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(l)    H2

则反应4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l)   H＝       。(请用含有H1、H2的式子表示)

（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N2和9 mol H2在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度(K)	平衡时NH3的物质的量(mol)
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量。

①则T1       T2(填“＞”、“＜”或“=”)

②在T2 K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H2的平均速率v(H2)=       ，平衡时N2的转化率α(N2)=       。

③下列图像分别代表焓变(H)、混合气体平均相对分子质量()、N2体积分数φ(N2)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是       。

（3）某N2H4(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为       。

②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500 mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N2H4的质量

为       g(假设溶液电解前后体积不变)。

Answer

(14分)

（1）(3H1＋2H2)/5

（2）①＜ ②0.1 mol·L－1·min－1 25% ③BC

（3）① N2H4－4e= N2↑＋4H＋ ② 0.5

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，(①×3＋②×2)÷5，即得反应 4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(l) H＝(3H1＋2H2)/5 。

（2）①因为破坏1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量，该反应为放热反应，升高温度，K值减小，所以T1＜T2；

②根据表格提供的信息，在T2 K下，经过10min达到化学平衡状态，生成氨气2.0 mol，则消耗氢气3.0 mol，消耗氮气1.0 mol， 0~10min内H2的平均速率v(H2)=3.0÷(3×10)=0.1 mol·L－1·min－1 ；平衡时N2的转化率α(N2)=1.0÷4×100%=25%；

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0)，反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A、对于具体的化学方程式反应热是不变的，因此反应热不变不能表明该可逆反应达到平衡状态，A项错误；B、混合气体的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以当平均相对分子质量不再发生变化时，能表明该可逆反应达到平衡状态，B正确；C、当氮气的体积分数不再发生变化时，可以说明反应达到平衡状态，C正确；D、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，密度始终是不变，D项错误，选BC。

（3）①根据示意图，质子由M区向N区迁移，说明M区电极作负极，发生氧化反应，即N2H4 在负极失电子，在酸性介质中生成氮气和H＋，则M区发生的电极反应式为N2H4－4e－ = N2↑＋4H＋；

②500 mL 、pH=13的溶液中n(OH－)=0.05 mol，根据电解反应2KCl＋2H2O 2KOH＋H2↑＋Cl2↑转移2e－，则转移电子为0.05 mol，再根据N2H4－4e= N2↑＋4H＋，消耗N2H4 0.0125 mol，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N2H4的质量为0.0125×32÷80%=0.5 g。

考点：考查盖斯定律的应用，化学反应速率的计算，化学平衡状态的判断，燃料电池电极方程式的书写。