Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氨、肼(N₂H₄)和疊氮酸都是氮元素的重要氫化物，在工農業生產、生活中有著重大作用。
(1)合成氨生產技術的創立開辟了人工固氮的途徑，對化學工業技術也產生了重要影響。
①在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＜0，其平衡常數K與溫度T的關系如下表。

T/K	298	398	498
平衡常數K	4.1×106	K1	K2

 
則該反應的平衡常數的表達式為________；判斷K₁________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列各項能說明該反應已達到平衡狀態的是________(填字母)。
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1∶3∶2
b．v(N₂)_正＝3v(H₂)_逆
c．容器內壓強保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
③一定溫度下，在1 L密閉容器中充入1 mol N₂和3 mol H₂并發生上述反應。若容器容積恒定，10 min達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的，則N₂的轉化率為________，以NH₃的濃度變化表示該過程的反應速率為________。
(2)肼可用于火箭燃料、制藥原料等。
①在火箭推進器中裝有肼(N₂H₄)和液態H₂O₂，已知0.4 mol液態N₂H₄和足量液態H₂O₂反應，生成氣態N₂和氣態H₂O，放出256.6 kJ的熱量。該反應的熱化學方程式為________________________________________________________________________。
②一種肼燃料電池的工作原理如圖所示。該電池工作時負極的電極反應式為_____________________________________。

③加熱條件下用液態肼(N₂H₄)還原新制Cu(OH)₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂。該反應的化學方程式_______________________________________。
肼與亞硝酸(HNO₂)反應可生成疊氮酸，8.6 g疊氮酸完全分解    可放出6.72 L氮氣(標準狀況下)，則疊氮酸的分子式為________。

Answer 1

(1)①　＞　②c　③25%　0.05 mol/(L·min)
(2)①N₂H₄(l)＋2H₂O₂(l)=N₂(g)＋4H₂O(g)
ΔH＝－641.5 kJ/mol
②N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O
③4Cu(OH)₂＋N₂H₄2Cu₂O＋N₂↑＋6H₂O　HN₃

根據化學方程式可寫出該反應的平衡常數表達式，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡左移，平衡常數減小，故K₁＞K₂。②當N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1∶3∶2時，不一定為平衡狀態，a項錯誤；當3v(N₂)_正＝v(H₂)_逆時為平衡狀態，b項錯誤；該反應為氣體體積減小的反應，當壓強不變時一定達到平衡狀態，c項正確；該體系中氣體的質量不發生變化，容器體積不發生變化，故混合氣體的密度不變，d項錯誤。
③設轉化的N₂的物質的量為x mol，則有：
　　　　N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)
起始(mol)  1    3       0
轉化(mol)  x    3x      2x
平衡(mol)  1－x  3－3x   2x
根據平衡時氣體的總物質的量為原來的，可得x＝0.25，則N₂的轉化率為25%，
v(NH₃)＝0.5/10＝0.05 mol/(L·min)。
(2)①由題中信息可寫出該反應的熱化學方程式。②在原電池中，陽離子移向正極，故N₂H₄所在的電極為負極，發生氧化反應，其電極反應式為N₂H₄＋4OH^－－4e^－=N₂↑＋4H₂O。③根據氧化還原反應原理及質量守恒定律可寫出N₂H₄與Cu(OH)₂反應的化學方程式；由于N₂為0.3 mol，則氮氣質量為8.4 g，又因疊氮酸的質量為8.6 g，則疊氮酸中氫元素的質量為0.2 g，從而可推知疊氮酸中H、N的原子個數比為1∶3，則其分子式為HN₃。