Question

【題目】氮元素可以形成多種物質(zhì)，根據(jù)已學(xué)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(tài)。

（2）氮氣在常溫常壓下是很穩(wěn)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(tài)氫化物的穩(wěn)定性由大到小的順序是________________________。

(4)工業(yè)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(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

它的平衡常數(shù)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(yīng)半小時后，測得有34 g NH3生成，則用H2表示該反應(yīng)的速率為_________mol/(Lmin)。此時，氮氣的轉(zhuǎn)化率為__________。

③下列判斷可以作為該反應(yīng)達到平衡的標志的是（_______）

A．單位時間內(nèi)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(fā)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(yīng)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(chǎn)物NH3分理出平衡體系，這會使得平衡正向移動，請根據(jù)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(yè)上常常將氮氣、氫氣再次轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器，這樣做的原因是________________。

⑥氨氣常用來生產(chǎn)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(guān)系式___________________。

⑦工業(yè)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(yīng)的化學(xué)方程式并配平______________________。該反應(yīng)中，還原劑是_________________，若反應(yīng)中轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shù)為7，基態(tài)氮原子的核外電子排布式是 1s22s22p3，其最外層電子數(shù)為5，有5種不同的運動狀態(tài)；

（2）氮氣分子中存在叁健，導(dǎo)致氮氣在常溫常壓下化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定；

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

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

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

③A．單位時間內(nèi)每消耗1摩爾氮氣的同時消耗3摩爾氫氣，均為正反應(yīng)速率，無法判斷是平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．混合氣體的質(zhì)量始終不變，混合氣體的總物質(zhì)的量是不定值，混合氣體的平均分子量不再發(fā)生變化，說明反應(yīng)達到平衡，故B正確；C．混合氣體的質(zhì)量和體積始終不變，密度保持不變，無法說明是平衡狀態(tài)，故C錯誤；D．體系的溫度不再變化，說明反應(yīng)處于相對靜止狀態(tài)，是平衡狀態(tài)，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(yīng)速率瞬間減小，正反應(yīng)速率瞬間不變，平衡正向移動，重新形成新的平衡狀態(tài)，t2時刻后平衡移動的示意圖為；

⑤將反應(yīng)后的氮氣、氫氣再次轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器，這樣做提高原料N2、H2的利用率，降低生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(jù)電子守恒及原子守恒得此反應(yīng)的化學(xué)方程式4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，該反應(yīng)中，氨氣中氮元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣是還原劑，若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移了1.204×1024個電子，即轉(zhuǎn)移2mol電子，參加反應(yīng)的NH3的物質(zhì)的量為=0.4mol，生成NO的物質(zhì)的量為0.4mol， NO在標準狀況下的體積是0.4mol×22.4L/mol=8.96L。