Question

【題目】氮元素可以形成多種物質，根據已學的知識，回答下列問題：

（1）氮原子的核外電子排布式是___________，其最外層電子有_____種不同的運動狀態。

（2）氮氣在常溫常壓下是很穩定的，對此的合理解釋是____________________。

（3）N元素處于同一主族的P、As元素，這三種元素形成的氣態氫化物的穩定性由大到小的順序是________________________。

(4)工業上常用氮氣與氫氣來合成氨氣，溫度控制在400～500 ℃，采用鐵觸媒做催化劑，壓強控制在2 ⅹ 105 ～ 5 ⅹ 105 Pa。

①該反應的化學方程式為_____________________。

它的平衡常數表達式為_______________________。

②在一體積為10 L的密閉容器中充入了280 g N2，100 g H2，反應半小時后，測得有34 g NH3生成，則用H2表示該反應的速率為_________mol/(Lmin)。此時，氮氣的轉化率為__________。

③下列判斷可以作為該反應達到平衡的標志的是（_______）

A．單位時間內每消耗1摩爾氮氣的同時消耗3摩爾氫氣

B．混合氣體的平均分子量不再發生變化

C．混合氣體的密度保持不變

D．體系的溫度不再變化

④當反應達到平衡后的t2時刻，將混合氣體通過“分子篩”，可以及時將產物NH3分理出平衡體系，這會使得平衡正向移動，請根據平衡移動原理，在下圖中畫出t2時刻后平衡移動的示意圖：_____________

⑤當及時分離出氨氣后，工業上常常將氮氣、氫氣再次轉移到反應器，這樣做的原因是________________。

⑥氨氣常用來生產化肥NH4Cl，NH4Cl溶于水會使得溶液顯__________性，在該鹽的水溶液中存在多種微粒：NH4+、NH3H2O、H+、Ci-，這些離子濃度由大到小的順序為_________；該鹽溶液中還存在多種守恒，請任意寫出一種合理的守恒關系式___________________。

⑦工業上常用氨氣來制備硝酸，其中第1步是用氨氣與純氧在Cr2O3的催化作用下制得NO和水。請寫出這個反應的化學方程式并配平______________________。該反應中，還原劑是_________________，若反應中轉移了1.204 ⅹ 1024 個電子，則生成的 NO在標準狀況下的體積是________L。

Answer 1

【答案】 1s22s22p3 5 氮氣分子中存在叁健 NH3 > PH3 > AsH3 N2 + 3H2 = 2NH3 0.01 mol/(Lmin) 10% BD 提高原料N2、H2的利用率，降低生產成本 酸性 [ Cl-] 〉[NH4+] 〉[H+] 〉[NH3H2O] [H+] + [NH4+] = [OH-] + [Cl-] 或 [Cl-] = [NH3H2O]+ [NH4+]或 [H+] = [OH-] + [NH3H2O] 4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O NH3 8.96 L

【解析】（1）氮元素的核電荷數為7，基態氮原子的核外電子排布式是 1s22s22p3，其最外層電子數為5，有5種不同的運動狀態；

（2）氮氣分子中存在叁健，導致氮氣在常溫常壓下化學性質很穩定；

（3）非金屬性越強形成的氣態氫化物的穩定性越強，N、P、As元素的非金屬性隨核電荷數增大而減小，則三種元素形成的氣態氫化物的穩定性由大到小的順序是NH3＞PH3＞AsH3 ；

(4) ①合成氨反應的化學方程式為N2 + 3H2 2NH3；此反應的平衡常數表達式為；

②在一體積為10 L的密閉容器中充入=10molN2， =50molH2，反應半小時后，測得有=2molNH3生成，則用H2表示該反應的速率為×mol/(Lmin)=0.01 mol/(Lmin)；此時，氮氣的轉化率為×100%=10%；

③A．單位時間內每消耗1摩爾氮氣的同時消耗3摩爾氫氣，均為正反應速率，無法判斷是平衡狀態，故A錯誤；B．混合氣體的質量始終不變，混合氣體的總物質的量是不定值，混合氣體的平均分子量不再發生變化，說明反應達到平衡，故B正確；C．混合氣體的質量和體積始終不變，密度保持不變，無法說明是平衡狀態，故C錯誤；D．體系的溫度不再變化，說明反應處于相對靜止狀態，是平衡狀態，故D正確；答案為BD；

④平衡后將NH3分離出平衡體系，即減小生成物的濃度，逆反應速率瞬間減小，正反應速率瞬間不變，平衡正向移動，重新形成新的平衡狀態，t2時刻后平衡移動的示意圖為；

⑤將反應后的氮氣、氫氣再次轉移到反應器，這樣做提高原料N2、H2的利用率，降低生產成本；

⑥NH4Cl溶于水，NH4+的水解會使得溶液顯酸性，在該鹽的水溶液中存在多種微粒：NH4+、NH3H2O、H+、Cl-，其中NH3H2O是水解產物，H+來源于水和NH4+的水解，

則離子濃度由大到小的順序為[ Cl-] 〉[NH4+] 〉[H+] 〉[NH3H2O] ；該鹽溶液中存在鹽類水解平衡和水的電離平衡，存在物料守恒、電荷守恒及質子守恒等，如 [H+] + [NH4+] = [OH-] + [Cl-] 或 [Cl-] = [NH3H2O]+ [NH4+]或 [H+] = [OH-] + [NH3H2O] ；

⑦氨氣與純氧在Cr2O3的催化作用下制得NO和水，根據電子守恒及原子守恒得此反應的化學方程式4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，該反應中，氨氣中氮元素化合價升高，發生氧化反應，氨氣是還原劑，若反應中轉移了1.204×1024個電子，即轉移2mol電子，參加反應的NH3的物質的量為=0.4mol，生成NO的物質的量為0.4mol， NO在標準狀況下的體積是0.4mol×22.4L/mol=8.96L。