题目
氨和肼（N2H4）既是工业原料，又是重要的化工产品，工业上由氨生产硝酸的工艺流程如图：N2、H2 空气 水 尾气-|||-⑤ ⑥ ⑦ ③-|||-、-|||-合成塔 ① 氨分离器 ② 氧化炉 ③ 吸收塔 ④ 硝酸（1）肼（N2H4）中氮元素的化合价为 ____ （2）实验室久置的浓硝酸发黄，请用化学方程式表示其原理 ____ ．（3）肼在一定条件下可发生分解反应：3N2H4（g）⇌N2（g）+4NH3（g），已知断裂Imol N-H、N-N、N≡N分别需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．则该反应的反应热△H= ____ kJ/mol．（4）某化学兴趣小组模拟NH3的合成，①在其它条件不变的情况下，改变n（H2）/n（N2）投料比与平衡时NH3的体积分数的关系如图1所示，则当(n（(H)_(2)）)/(n（(N)_{2)）}投料比为4时，达平衡后NH3的体积分数可能是图中的点 ____ （填“D”“E”或“F”）．N2、H2 空气 水 尾气-|||-⑤ ⑥ ⑦ ③-|||-、-|||-合成塔 ① 氨分离器 ② 氧化炉 ③ 吸收塔 ④ 硝酸②现有容积为1L的甲乙两个恒温恒容密闭容器，向甲中加入2mol N2和6mol H2气体后发生如下反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-a kJ•mol-1，反应达到平衡状态时生成2mol NH3，放出热量Q1kJ；乙中加入2molNH3，反应达到平衡时，吸收热量Q2kJ，则Q1与Q2的相互关系正确的是 ____ ．A．Q1+Q2=a B．Q1+2Q2＜2a C．Q1+2Q2＞2a D．Q1+Q2＜a（5）氨在氧化炉主要有以下两个反应：a 4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJ/molb 4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g）△H=-1267kJ/mol①一定温度下，在2L的密闭容器中充入(10)/(3)mol NH3与3mol O2发生反应b，达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol，则反应b的化学平衡常数K= ____ ．②一定温度下，在氧化炉中通入10molNH3发生反应 a，测得体系向外界释放2000kJ热量，则此时氨气的转化率为 ____ （结果保留两位小数）． ③测得温度对NO、N2产率的影响如图2所示，下列说法错误的是 ____ ．A．升高温度，反应 a和b的平衡常数均增大B.840℃后升高温度，反应a的正反应速率减小，反应b的正反应速率增大C.900℃后，NO产率下降的主要原因是反应a平衡逆向移动D.800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应a 进行．
氨和肼（N2H4）既是工业原料，又是重要的化工产品，工业上由氨生产硝酸的工艺流程如图：
（1）肼（N2H4）中氮元素的化合价为 ____
（2）实验室久置的浓硝酸发黄，请用化学方程式表示其原理 ____ ．
（3）肼在一定条件下可发生分解反应：3N2H4（g）⇌N2（g）+4NH3（g），已知断裂Imol N-H、N-N、N≡N分别需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．则该反应的反应热△H= ____ kJ/mol．
（4）某化学兴趣小组模拟NH3的合成，
①在其它条件不变的情况下，改变n（H2）/n（N2）投料比与平衡时NH3的体积分数的关系如图1所示，则当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$投料比为4时，达平衡后NH3的体积分数可能是图中的点 ____ （填“D”“E”或“F”）．
②现有容积为1L的甲乙两个恒温恒容密闭容器，向甲中加入2mol N2和6mol H2气体后发生如下反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-a kJ•mol-1，反应达到平衡状态时生成2mol NH3，放出热量Q1kJ；乙中加入2molNH3，反应达到平衡时，吸收热量Q2kJ，则Q1与Q2的相互关系正确的是 ____ ．
A．Q1+Q2=a B．Q1+2Q2＜2a C．Q1+2Q2＞2a D．Q1+Q2＜a
（5）氨在氧化炉主要有以下两个反应：
a 4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJ/mol
b 4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH3与3mol O2发生反应b，达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol，则反应b的化学平衡常数K= ____ ．
②一定温度下，在氧化炉中通入10molNH3发生反应 a，测得体系向外界释放2000kJ热量，则此时氨气的转化率为 ____ （结果保留两位小数）．
③测得温度对NO、N2产率的影响如图2所示，下列说法错误的是 ____ ．
A．升高温度，反应 a和b的平衡常数均增大
B.840℃后升高温度，反应a的正反应速率减小，反应b的正反应速率增大
C.900℃后，NO产率下降的主要原因是反应a平衡逆向移动
D.800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应a 进行．
（1）肼（N2H4）中氮元素的化合价为 ____
（2）实验室久置的浓硝酸发黄，请用化学方程式表示其原理 ____ ．
（3）肼在一定条件下可发生分解反应：3N2H4（g）⇌N2（g）+4NH3（g），已知断裂Imol N-H、N-N、N≡N分别需要吸收能量390.8kJ、193kJ、946kJ．则该反应的反应热△H= ____ kJ/mol．
（4）某化学兴趣小组模拟NH3的合成，
①在其它条件不变的情况下，改变n（H2）/n（N2）投料比与平衡时NH3的体积分数的关系如图1所示，则当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$投料比为4时，达平衡后NH3的体积分数可能是图中的点 ____ （填“D”“E”或“F”）．
②现有容积为1L的甲乙两个恒温恒容密闭容器，向甲中加入2mol N2和6mol H2气体后发生如下反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-a kJ•mol-1，反应达到平衡状态时生成2mol NH3，放出热量Q1kJ；乙中加入2molNH3，反应达到平衡时，吸收热量Q2kJ，则Q1与Q2的相互关系正确的是 ____ ．
A．Q1+Q2=a B．Q1+2Q2＜2a C．Q1+2Q2＞2a D．Q1+Q2＜a
（5）氨在氧化炉主要有以下两个反应：
a 4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.5kJ/mol
b 4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g）△H=-1267kJ/mol
①一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH3与3mol O2发生反应b，达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol，则反应b的化学平衡常数K= ____ ．
②一定温度下，在氧化炉中通入10molNH3发生反应 a，测得体系向外界释放2000kJ热量，则此时氨气的转化率为 ____ （结果保留两位小数）．
③测得温度对NO、N2产率的影响如图2所示，下列说法错误的是 ____ ．
A．升高温度，反应 a和b的平衡常数均增大
B.840℃后升高温度，反应a的正反应速率减小，反应b的正反应速率增大
C.900℃后，NO产率下降的主要原因是反应a平衡逆向移动
D.800℃左右时，氨的催化氧化主要按照反应a 进行．
题目解答
答案
解：（1）根据物质呈电中性的原理，肼（N2H4）中，H呈+1价，则N的化合价为-2价，
故答案为：-2；
（2）实验室久置的浓硝酸发黄，是由于浓硝酸分解产生NO2，溶于硝酸导致，也产生O2，则其原理为：4HNO3=O2↑+4NO2↑+2H2O，
故答案为：4HNO3=O2↑+4NO2↑+2H2O；
（3）根据盖斯定律，反应的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能，因此该反应的焓变△H=3[E（N-N）+4E（N-H）]-E（N≡N）-4×3E（N-H）=-367kJ/mol，
故答案为：-367；
（4）①合成氨的反应为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），根据图1，改变物料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$与平衡的NH3体积分数的关系，当物料比按化学计量比投入时，产生NH3的量最大，反应物的转化率最高，所以C处的转化率最高，当物料比为4时 转化率要减少，故应为D点，故答案为：D；
②恒温恒容密闭容器中发生反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），反应为放热反应，向甲中加入2mol N2和6mol H2气体后发生反应，反应达到平衡状态时生成2mol NH3，放出热量Q1kJ，反应转化了1molN2，3molH2，2molNH3，则Q1=a，故A，D均错，平衡时各组分浓度为c（N2）=$\frac{2-1}{1}$=1mol/L，c（H2）=$\frac{6-3}{1}$=3mol/L，c（NH3）=$\frac{2}{1}$=2mol/L，则反应的平衡常数为K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（2mol/L）^{2}}{（3mol/L）^{3}×（1mol/L）}$=$\frac{4}{27}$L2/mol2，
温度不变，则平衡常数不变，乙中加入2molNH3，设反应生成了xmolN2，根据反应方程式，则平衡时各组分的浓度为c（N2）=xmol/L，c（H2）=3xmol/L，c（NH3）=（2-2x）mol/L，则有K=$\frac{（2-2x）^{2}}{（3x）^{3}•x}$═$\frac{4}{27}$，可得x=$\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$＜1，可见乙容器中，反应达到平衡时，Q2＜a，但x=$\frac{\sqrt{5}-1}{2}＞\frac{1}{2}$，因此Q2$＞\frac{1}{2}$a，则Q1+2Q2$＞a+\frac{1}{2}a×2=2a$，故C正确，B错误，
故答案为：C；
（5）①反应b为4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g），该反应的平衡常数为K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{2}（{N}_{2}）}{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$，一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH3与3mol O2发生反应b，达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol，则平衡时，容器中各组分的物质的量浓度为c（NH3）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，c（O2）=$\frac{3-1}{2}$=1mol/L，c（N2）=$\frac{\frac{2}{3}}{2}$=$\frac{1}{3}$mol/L，c（H2O）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，则反应b的化学平衡常数K=$\frac{（1mol/L）^{6}×（\frac{1}{3}mol/L）^{2}}{（1mol/L）^{3}×（1mol/L）^{4}}$=$\frac{1}{9}$mol/L，
故答案为：$\frac{1}{9}$mol/L；
②反应a为4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g），一定温度下，在氧化炉中通入10molNH3发生反应 a，测得体系向外界释放2000kJ热量，已知a反应的焓变为△H=-905.5kJ/mol，表明当4molNH3完全参加反应时，反应放出热量为905.5kJ，因此当反应向外界释放2000kJ能量时，转化的NH3的物质的量为△n=$4×\frac{2000}{905.5}$mol，则NH3的平衡转化率为α=$\frac{△n}{{n}_{总}}×100%$=88.35%
故答案为：88.35%；
③A．根据图2分析，升高温度，两个反应中的反应物产率并不是单纯地增大，因此平衡常数也不是单纯地随着温度升高而增大，故A错误；
B．升高温度，无论是对正反应速率，还是对逆反应速率，都是增大的，故B错误；
C.900℃后，NO产率，可知对于反应a，化学平衡向逆反应方向移动，故C正确；
D.800℃左右，根据图2，此时NO的产率最高，可知反应主要按反应a进行，故D正确．
故选AB．
故答案为：-2；
（2）实验室久置的浓硝酸发黄，是由于浓硝酸分解产生NO2，溶于硝酸导致，也产生O2，则其原理为：4HNO3=O2↑+4NO2↑+2H2O，
故答案为：4HNO3=O2↑+4NO2↑+2H2O；
（3）根据盖斯定律，反应的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能，因此该反应的焓变△H=3[E（N-N）+4E（N-H）]-E（N≡N）-4×3E（N-H）=-367kJ/mol，
故答案为：-367；
（4）①合成氨的反应为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），根据图1，改变物料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$与平衡的NH3体积分数的关系，当物料比按化学计量比投入时，产生NH3的量最大，反应物的转化率最高，所以C处的转化率最高，当物料比为4时 转化率要减少，故应为D点，故答案为：D；
②恒温恒容密闭容器中发生反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），反应为放热反应，向甲中加入2mol N2和6mol H2气体后发生反应，反应达到平衡状态时生成2mol NH3，放出热量Q1kJ，反应转化了1molN2，3molH2，2molNH3，则Q1=a，故A，D均错，平衡时各组分浓度为c（N2）=$\frac{2-1}{1}$=1mol/L，c（H2）=$\frac{6-3}{1}$=3mol/L，c（NH3）=$\frac{2}{1}$=2mol/L，则反应的平衡常数为K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（2mol/L）^{2}}{（3mol/L）^{3}×（1mol/L）}$=$\frac{4}{27}$L2/mol2，
温度不变，则平衡常数不变，乙中加入2molNH3，设反应生成了xmolN2，根据反应方程式，则平衡时各组分的浓度为c（N2）=xmol/L，c（H2）=3xmol/L，c（NH3）=（2-2x）mol/L，则有K=$\frac{（2-2x）^{2}}{（3x）^{3}•x}$═$\frac{4}{27}$，可得x=$\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$＜1，可见乙容器中，反应达到平衡时，Q2＜a，但x=$\frac{\sqrt{5}-1}{2}＞\frac{1}{2}$，因此Q2$＞\frac{1}{2}$a，则Q1+2Q2$＞a+\frac{1}{2}a×2=2a$，故C正确，B错误，
故答案为：C；
（5）①反应b为4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g），该反应的平衡常数为K=$\frac{{c}^{6}（{H}_{2}O）{c}^{2}（{N}_{2}）}{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$，一定温度下，在2L的密闭容器中充入$\frac{10}{3}$mol NH3与3mol O2发生反应b，达到平衡后测得容器中NH3的物质的量为2mol，则平衡时，容器中各组分的物质的量浓度为c（NH3）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，c（O2）=$\frac{3-1}{2}$=1mol/L，c（N2）=$\frac{\frac{2}{3}}{2}$=$\frac{1}{3}$mol/L，c（H2O）=$\frac{2}{2}$=1mol/L，则反应b的化学平衡常数K=$\frac{（1mol/L）^{6}×（\frac{1}{3}mol/L）^{2}}{（1mol/L）^{3}×（1mol/L）^{4}}$=$\frac{1}{9}$mol/L，
故答案为：$\frac{1}{9}$mol/L；
②反应a为4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g），一定温度下，在氧化炉中通入10molNH3发生反应 a，测得体系向外界释放2000kJ热量，已知a反应的焓变为△H=-905.5kJ/mol，表明当4molNH3完全参加反应时，反应放出热量为905.5kJ，因此当反应向外界释放2000kJ能量时，转化的NH3的物质的量为△n=$4×\frac{2000}{905.5}$mol，则NH3的平衡转化率为α=$\frac{△n}{{n}_{总}}×100%$=88.35%
故答案为：88.35%；
③A．根据图2分析，升高温度，两个反应中的反应物产率并不是单纯地增大，因此平衡常数也不是单纯地随着温度升高而增大，故A错误；
B．升高温度，无论是对正反应速率，还是对逆反应速率，都是增大的，故B错误；
C.900℃后，NO产率，可知对于反应a，化学平衡向逆反应方向移动，故C正确；
D.800℃左右，根据图2，此时NO的产率最高，可知反应主要按反应a进行，故D正确．
故选AB．