Question

4．氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中具有重要作用．
（1）利用NH₃的還原性可消除氮氧化物的污染，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：
H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=+229.3kJ•mol^-1
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1
則：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₄=-2317kJ•mol^-1．
（2）使用NaBH₄為誘導(dǎo)劑，可使Co²⁺與肼（N₂H₄）在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)，制得高純度納米鈷，并產(chǎn)生可參與大氣循環(huán)的氣體
①寫出該反應(yīng)的離子方程式：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O．
②在納米鈷的催化作用下，肼可分解生成兩種氣體，其中一種能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)．若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時，混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，則肼分解反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$；為抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反應(yīng)溫度（任寫一種）．

（3）NF₃在微電子工業(yè)上常用作蝕刻劑，在對硅、氮化硅等材料進(jìn)行蝕刻時，具有非常優(yōu)異的蝕刻速率和選擇性，且在被蝕刻物表面無物質(zhì)殘留，不會污染表面．工業(yè)上通過電解含NH₄F等的無水熔融物生產(chǎn)NF₃，其電解原理如圖2所示．
①a電極為電解池的陽極，該電極的電極反應(yīng)式為NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺．
②以NF₃蝕刻Si₃N₄為例，解釋被蝕刻物表面無物質(zhì)殘留的原因是4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑．
③NF₃能與水發(fā)生反應(yīng)，生成兩種酸及一種氣態(tài)氧化物，其中兩種酸分別是HF和HNO₃．

Answer 1

分析 （1）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
由蓋斯定律可知（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）①依據(jù)題意，反應(yīng)物為Co²⁺與肼（N₂H₄）、堿性條件下存在OH^-，生成物為：鈷單質(zhì)，據(jù)此得出Co的化合價降低，故N的化合價升高，只能為0價，即氮?dú)猓�依�?jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒回答即可；
②使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，由圖1得知：溫度越高，肼的百分含量越低，即分解的越快；
（3）①電解含NH₄F等的無水熔融物生產(chǎn)NF₃，N元素被氧化，則a為陽極；
②NF₃與Si₃N₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退姆�化硅，無殘留；
③NF₃與水反應(yīng)生成硝酸和HF酸，方程式為3NF₃+5H₂O=2NO↑+9HF+HNO₃．

解答 解：（1）H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=44.0kJ•mol^-1 （i）
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=229.3kJ•mol^-1 （ii）
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-906.5kJ•mol^-1 （iii）
（iii）-（ii）×5-（i）×6得：4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l），故△H₄=-906.5-（229.3×5）-（44×6）=-2317kJ•mol^-1，
故答案為：-2317；
（2）①依據(jù)題意，反應(yīng)物為Co²⁺與肼（N₂H₄）、堿性條件下存在OH^-，生成物為：鈷單質(zhì)，據(jù)此得出Co的化合價降低，故N的化合價升高，只能為0價，即氮?dú)�，�?jù)此得出還有水生成，氧化還原反應(yīng)中存在得失電子守恒以及元素守恒，故此反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O，
故答案為：2Co²⁺+N₂H₄+4OH^-=2Co↓+N₂↑+4H₂O；
②使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，即肼分解生成氨氣，依據(jù)元素守恒得知另外一種產(chǎn)物為氮?dú)�，故化學(xué)反應(yīng)方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$，由圖1可知，溫度越高，肼的體積分?jǐn)?shù)含量越低，故要抑制肼的分解，應(yīng)降低反應(yīng)溫度，
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{H}_{4}）}$；降低反應(yīng)溫度；
（3）①電解含NH₄F等的無水熔融物生產(chǎn)NF₃，N元素被氧化，則a為陽極，發(fā)生NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺，
故答案為：陽；NH₄⁺+3F^--6e^-=NF₃+4H⁺；
②NF₃與Si₃N₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)方程式為4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑，生成氮?dú)夂退姆�化硅，無殘留，
故答案為：4NF₃+Si₃N₄=4N₂↑+3SiF₄↑；
③NF₃與水反應(yīng)生成硝酸和HF酸，方程式為3NF₃+5H₂O=2NO↑+9HF+HNO₃，
故答案為：HF和HNO₃．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)方程式書寫、電解池反應(yīng)原理等知識，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計算能力的考查，綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意相關(guān)知識的整理歸納．