Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。回答下列问题：

（1）肼（N₂H₄）是一种良好的火箭燃料，拉希格法是制备肼的传统方法，该方法是在5℃条件下，NaClO与NH₃反应生成NH₂Cl与NaOH，然后在140℃左右的条件下，将上述反应后混合物与氨混合，反应生成肼。上述两步反应中，氧化产物是______________（写化学式）。

（2）机动车尾气已成为城市大气的主要污染源，机动车尾气中的主要有害物质为氮的氧化物。目前科技工作者正在探索用甲烷等燃料气体将氮氧化物还原为N₂和水，涉及到的反应有：

CH₄(g)+4NO₂(g)4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)   ΔH₁=−574 kJ·mol⁻¹

CH₄(g)+2NO₂(g)CO₂(g)+2H₂O(g)+N₂(g)   ΔH₂=−867 kJ·mol⁻¹

写出CH₄还原NO生成N₂的热化学方程式：____________________________。

（3）变质的蔬菜类食物中含有亚硝酸盐，一定温度下，形成该盐的亚硝酸（HNO₂）的电离常数K_a=4.0×10⁻⁴。在20 mL 0.01 mol·L⁻¹的亚硝酸中逐滴滴加0.01 mol·L⁻¹的NaOH溶液，测得混合液的pH变化如图，则图中a点的值为______，b点溶液呈酸性，其原因是__________________，d点溶液呈碱性，原因是______________________________。（已知lg2≈0.3）

（4）工业合成氨的反应原理为：N₂(g)+ 3H₂ (g)2NH₃(g)  ΔH=a kJ·mol⁻¹。保持反应体系的容积不变，在其中加入一定量的H₂和N₂，体系中各物质浓度随时间变化如图所示：

①若上述反应体系的容积为2 L，则0~20 min时间内，ν(H₂)= ______________，该过程中放出的热量为94.4 kJ，则a=______________。

②25 min时将NH₃从反应体系中完全分离出去，45 min时改变温度，在原图中画出25 min~60 min的NH₃浓度变化曲线。

Answer

（1）NH2Cl、N2H4 （2分）

（2）CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=−1160 kJ·mol−1（3分）

（3）2.7（2分） HNO2的电离大于的水解（2分） 水解显碱性（1分）

（4）①0.075 mol·L−1·min−1 （1分） −94.4（2分）

②（2分）

【解析】（1）根据题目信息提示可知，NH2Cl是第一个反应的氧化产物，也是还原产物；N2H4是第二个反应的氧化产物，也是还原产物。

（2）根据盖斯定律，第二个热化学方程式乘以2，然后减去第一个热化学方程式可得新的热化学方程式：CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=−867 kJ·mol−1×2−(−574 kJ·mol−1)=−1160 kJ·mol−1。

（3）HNO2H＋+，K=[c(H＋)·c()]/c(HNO2 )≈c2(H＋)/0.01 mol·L−1，得c(H＋)=

2.0×10−3 mol·L−1 ，即a点pH=3−lg2=2.7；根据图象可知，b点溶液为等浓度的HNO2、NaNO2的混合溶液，存在+H2OHNO2+OH−，HNO2H＋+，由于电离程度大于水解程度，故溶液显酸性；d点为NaNO2溶液，水解显碱性。

（4）①由图象可知，20 min时反应达到平衡，c(H2)=1.50 mol·L−1，故v(H2)=(3.00 mol·L−1−1.50 mol·L−1) /20 min=0.075 mol·L−1·min−1；达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol·L−1×2 L=2.00 mol，反应放出94.4 kJ热量，故由可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol−1可知a=−94.4。②25 min时将NH3从反应体系中分离出去，氨气的物质的量迅速变为0，而氮气、氢气的物质的量不变，之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，根据可逆反应方程式及图象中氢气和氮气的浓度，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度/ mol·L−1 0.5 1.5 0

变化浓度/ mol·L−1 0.19 0.57 0.38

平衡浓度/ mol·L−1 0.31 0.93 0.38

可知45 min时c(NH3)=0.38 mol·L−1，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度/ mol·L−1 0.31 0.93 0.38

变化浓度/ mol·L−1 0.06 0.18 0.12

平衡浓度/ mol·L−1 0.25 0.75 0.50

可知60 min时，c(NH3)=0.50 mol·L−1。