Question

【題目】含氮化合物在材料方面的應用越來越廣泛。

(1)甲胺(CH3NH2)是合成太陽能敏化劑的原料。工業合成甲胺原理：

CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H。

①已知鍵能指斷開1mol氣態鍵所吸收的能量或形成1mol氣態鍵所釋放的能量。幾種化學鍵的鍵能如下表所示：

化學鍵	C-H	C-O	H-O	N-H	C-N
鍵能/kJ·mol-1	413	351	463	393	293

則該合成反應的△H=______________。

②一定條件下，在體積相同的甲、乙、丙、丁四個容器中，起始投入物質如下：

	NH3(g)/mol	CH3OH(g)/mol	反應條件
甲	1	1	498K，恒容
乙	1	1	598K，恒容
丙	1	1	598K，恒壓
丁	2	3	598K，恒容

達到平衡時，甲、乙、丙、丁容器中的CH3OH轉化率由大到小的順序為_______________。

(2)工業上利用鎵(Ga)與NH3在高溫下合成固體半導體材料氮化鎵(GaN)，其反應原理為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.81kJ·mol-1。

①在密閉容器中充入一定量的Ga與NH3發生反應，實驗測得反應體系與溫度、壓強的相關曲線如圖所示。圖中A點與C點的化學平衡常數分別為KA和KC,下列關系正確的是_________(填代號)。

a．縱軸a表示NH3的轉化率 b．縱軸a表示NH3的體積分數 c．T1<T2 d．KA<Kc

②鎵在元素周期表位于第四周期第ⅢA族，化學性質與鋁相似。氮化鎵性質穩定，不溶于水，但能緩慢溶解在熱的NaOH溶液中，該反應的離子方程式為_____________________。

(3)用氮化鎵與銅組成如圖所示的人工光合系統，利用該裝置成功地以CO2和H2O為原料合成CH4。銅電極表面發生的電極反應式為___________。兩電極放出O2和CH4相同條件下的體積比為________，為提高該人工光合系統的工作效率，可向裝置中加入少量的__________(填“鹽酸”或“硫酸”)。

Answer 1

【答案】-12 kJ·mol-1 甲＞乙=丙＞丁 bd GaN+3H2O+OH- NH3↑+Ga (OH)4- CO2+8H++8e-=CH4+2H2O 2:1 硫酸

【解析】

（1）①反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故△H== -12 kJ·mol-1；②反應CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H=-12 kJ·mol-1；為放熱反應，以甲為參照，乙升高溫度，反應向吸熱反應的逆反應移動，CH3OH轉化率減小；再以乙為參照，丙恒壓時，由于反應正向進行時氣體的量不變，平衡不移動，CH3OH轉化率丙與乙相等；以乙為參照，丁中CH3OH增加的倍數大于氨氣，故轉化率降低，因此轉化率大小關系為甲＞乙=丙＞丁；（2）①反應2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.81kJ·mol-1為氣體體積增大的放熱反應；a．增大壓強平衡逆向移動，故若縱軸a表示NH3的轉化率，隨著壓強的增大轉化率應該減小，故錯誤；b．增大壓強平衡逆向移動，故縱軸a表示NH3的體積分數，則氨氣的體積分數增大，故正確；c．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數減小，故T1>T2 ，故錯誤；d．升高溫度平衡逆向移動，K值減小，A點溫度大于C點，故KA<Kc，故正確。答案選bd；②鎵的化學性質與鋁相似。氮化鎵性質穩定，不溶于水，但能緩慢溶解在熱的NaOH溶液中，反應的離子方程式為GaN+3H2O+OH- NH3↑+Ga (OH)4-；（3）原電池中電子從負極流向正極，則銅電極為正極，正極上二氧化碳得電子生成甲烷，則銅電極表面的電極反應式為CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；負極水失電子產生氧氣，電極反應式為4H2O-8e-=2O2↑+8H+；兩電極放出O2和CH4相同條件下的體積比為2:1；電解質溶液顯酸性，必須加入酸，鹽酸中的氯離子失電子產生氯氣，應該選硫酸。