Question

【題目】對含氮物質的研究和利用有著極為重要的意義。

（1）N2、O2和H2相互之間可以發生化合反應，已知反應的熱化學方程式如下：

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH ＝ +180 kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH ＝－483 kJ·mol－1

N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) ΔH＝－93 kJ·mol－1

則氨的催化氧化反應的熱化學方程式為___________________________________。

（2）汽車尾氣凈化的一個反應原理為：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH＜0。一定溫度下，將2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容積為2L的密閉容器中，反應過程中部分物質的物質的量變化如下圖所示。

①NO的平衡轉化率為_________，0~20min平均反應速率v(NO) ＝__________，25min時，若保持反應溫度不變，再向容器中充入CO、N2各0.8 mol，則化學平衡將_________移動（填“向左”、“向右”或“不”)。

②下列可說明該反應已經達到平衡的是_______。

a． v生成(CO2)＝ v消耗(CO)

b．單位時間內消耗2n mol CO2的同時生成n mol N≡N

c．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

d．混合氣體的密度不再改變

e．NO、CO、N2、CO2的濃度相等

（3）肼(N2H4)又稱聯氨，是一種可燃性液體，可用作火箭燃料。已知肼空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。肼空氣燃料電池放電時，負極的反應式是__________________________。

（4）假設使用肼空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質量變化128 g，則肼空氣燃料電池理論上消耗標準狀況下的空氣______L(假設空氣中氧氣體積分數為20%)。

Answer 1

【答案】 4 NH3(g) +5O2(g)＝4 NO(g) +6H2O(g) ΔH＝－903 kJ·mol－1 28.6% 0.02 mol/(L·min) 向左 bc N2H4+4OH－－4e－＝N2↑+4H2O 112

【解析】（1）寫出NH3與O2反應的化學方程式，并注明物質的狀態，然后根據蓋斯定律求算H，H=2×H1+3×H2—2×H3=﹣903kJ·mol-1，可得熱化學方程式：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g) +6H2O(g)ΔH＝﹣903kJ·mol-1；

（2）①根據三段式進行計算： 2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)

起始濃度（molL1） 1.4 1.2 0 0

轉化濃度（molL1） 0.4 0.4 0.2 0.4

平衡濃度（molL1） 1.0 0.8 0.2 0.4

則NO的轉化率為：0.4÷1.4×100%=28.6%；0--20min平均反應速率v(NO)=0.4÷20= 0.02mol·L-1·min-1；根據平衡濃度可求出平衡常數K=0.2×0.42÷（12×0.82）=0.05，加入CO、N2后Q=0.6×0.42÷（12×1.22）=0.22，因為Q>K，平衡向左移動。正確答案：

28.6%； 0.02 mol/(L·min)；向左；

②a． v生成(CO2)＝ v消耗(CO)，兩種物質的反應速率方向為同向，且不滿足速率之間的系數比關系，a錯誤；b．單位時間內消耗2n mol CO2為逆反應速率方向，同時生成n mol N≡N，為正反應速率方向，滿足速率之間系數比關系，b正確；c．反應前后均為氣體的反應，總質量不變，反應向右進行，氣體總量變小，氣體總質量和氣體的總量比值（即平均分子量）不再改變時，反應達平衡狀態，c正確；d．容器的體積不變，混合氣體的總質量不變，二者的比值（即混合氣體的密度）不再改變，為定值，無法判定平衡狀態，d錯誤；e．NO、CO、N2、CO2的濃度相等，只是反應進行的一種特殊情況，無法判定反應達平衡狀態，e錯誤；正確選項：bc；

（3）燃料電池中，肼(N2H4)做負極，在堿性環境下發生氧化反應，變為氮氣，正確答案為：N2H4+4OH－－4e－＝N2↑+4H2O ；

（4）銅片增重128 g，即n(Cu)=2mol, 據極反應Cu2++2e-=Cu，轉移電子4 mol；原電池中正極極反應為O2+4e-+2H2O=4OH-,據串聯電路，電子轉移電子數相等規律：消耗氧氣1 mol，假設空氣中氧氣體積分數為20%，空氣的體積為1÷20%×22.4=112L；正確答案為112；