Question

氮元素可以形成多种物质，根据已学的知识，回答下列问题：

（1）氮原子的核外电子排布式是___________，其最外层电子有_____种不同的运动状态。

（2）氮气在常温常压下是很稳定的，对此的合理解释是____________________。

（3）N元素处于同一主族的P、As元素，这三种元素形成的气态氢化物的稳定性由大到小的顺序是________________________。

(4)工业上常用氮气与氢气来合成氨气，温度控制在400～500 ℃，采用铁触媒做催化剂，压强控制在2 ⅹ 10⁵ ～ 5 ⅹ 10⁵ Pa。

①该反应的化学方程式为_____________________。

它的平衡常数表达式为_______________________。

②在一体积为10 L的密闭容器中充入了280 g N₂，100 g H₂，反应半小时后，测得有34 g NH₃生成，则用H₂表示该反应的速率为_________mol/(L•min)。此时，氮气的转化率为__________。

③下列判断可以作为该反应达到平衡的标志的是（_______）

A．单位时间内每消耗1摩尔氮气的同时消耗3摩尔氢气

B．混合气体的平均分子量不再发生变化

C．混合气体的密度保持不变

D．体系的温度不再变化

④当反应达到平衡后的t₂时刻，将混合气体通过“分子筛”，可以及时将产物NH₃分理出平衡体系，这会使得平衡正向移动，请根据平衡移动原理，在下图中画出t₂时刻后平衡移动的示意图：_____________

⑤当及时分离出氨气后，工业上常常将氮气、氢气再次转移到反应器，这样做的原因是________________。

⑥氨气常用来生产化肥NH₄Cl，NH₄Cl溶于水会使得溶液显__________性，在该盐的水溶液中存在多种微粒：NH₄⁺、NH₃•H₂O、H⁺、Ci^-，这些离子浓度由大到小的顺序为_________；该盐溶液中还存在多种守恒，请任意写出一种合理的守恒关系式___________________。

⑦工业上常用氨气来制备硝酸，其中第1步是用氨气与纯氧在Cr₂O₃的催化作用下制得NO和水。请写出这个反应的化学方程式并配平______________________。该反应中，还原剂是_________________，若反应中转移了1.204 ⅹ 10²⁴ 个电子，则生成的 NO在标准状况下的体积是________L。

Answer

1s22s22p3 5 氮气分子中存在叁健 NH3 > PH3 > AsH3 N2 + 3H2 = 2NH3 0.01 mol/(L•min) 10% BD 提高原料N2、H2的利用率，降低生产成本 酸性 〉[NH4+] 〉[H+] 〉[NH3•H2O] ；该盐溶液中存在盐类水解平衡和水的电离平衡，存在物料守恒、电荷守恒及质子守恒等，如 [H+] + [NH4+] = [OH-] + [Cl-] 或 [Cl-] = [NH3•H2O]+ [NH4+]或 [H+] = [OH-] + [NH3•H2O] ；

⑦氨气与纯氧在Cr2O3的催化作用下制得NO和水，根据电子守恒及原子守恒得此反应的化学方程式4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，该反应中，氨气中氮元素化合价升高，发生氧化反应，氨气是还原剂，若反应中转移了1.204×1024个电子，即转移2mol电子，参加反应的NH3的物质的量为=0.4mol，生成NO的物质的量为0.4mol， NO在标准状况下的体积是0.4mol×22.4L/mol=8.96L。

点睛：判断电解质溶液的离子浓度关系，需要把握三种守恒，明确等量关系。

①电荷守恒规律，电解质溶液中，无论存在多少种离子，溶液都是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。如NaHCO3溶液中存在着Na＋、H＋、HCO3-、CO32-、OH-，存在如下关系：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCO3-)＋c(OH-)＋2c(CO32-)。

②物料守恒规律，电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子种类增多，但元素总是守恒的。如K2S溶液中S2-、HS-都能水解，故S元素以S2-、HS-、H2S三种形式存在，它们之间有如下守恒关系：c(K＋)＝2c(S2-)＋2c(HS-)＋2c(H2S)。

③质子守恒规律，如Na2S水溶液中的质子转移作用图示如下：

由图可得Na2S水溶液中质子守恒式可表示：c(H3O＋)＋2c(H2S)＋c(HS-)＝c(OH-)或c(H＋)＋2c(H2S)＋c(HS-)＝c(OH-)。质子守恒的关系式也可以由电荷守恒式与物料守恒式推导得到。