Question

肼(N₂H₄)又稱聯(lián)氨，廣泛用于火箭推進劑、有機合成及燃料電池，NO₂的二聚體N₂O₄則是火箭中常用氧化劑。試回答下列問題：

(1)肼燃料電池原理如圖所示，左邊電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為____________________________________。

(2)火箭常用N₂O₄作氧化劑，肼作燃料，已知：

N₂(g)＋2O₂(g)2NO₂(g)          ΔH＝－67.7kJ·mol^－1

N₂H₄(g)＋O₂(g)N₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝－534.0kJ·mol^－1

2NO₂(g)N₂O₄(g)            ΔH＝－52.7kJ·mol^－1

試寫出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________。

(3)聯(lián)氨的工業(yè)生產(chǎn)常用氨和次氯酸鈉為原料獲得，也可在高錳酸鉀催化下，尿素[CO(NH₂)₂]和次氯酸鈉—氫氧化鈉溶液反應(yīng)獲得，尿素法反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________。

(4)如圖所示，A是由導(dǎo)熱材料制成的密閉容器，B是一耐化學(xué)腐蝕且易于傳熱的透明氣囊。關(guān)閉K₂，將各1 mol NO₂通過K₁、K₃分別充入A、B中，反應(yīng)起始時A、B的體積相同均為a L。

①B中可通過__________________________判斷可逆反應(yīng)2NO₂N₂O₄已經(jīng)達到平衡。

②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，則重新到達平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分數(shù)________(填 “變大”、“變小”或“不變”)

③若容器A中到達平衡所需時間t s，達到平衡后容器內(nèi)壓強為起始壓強的0.8倍，則平均化學(xué)反應(yīng)速率v(NO₂)等于____________________。

④若打開K₂，平衡后B容器的體積縮至0.4a L，則打開K₂之前，氣球B體積為______L。

Answer 1

【答案】(1)N₂H₄－4e^－＋4OH^－N₂＋4H₂O

(2)2N₂H₄(g)＋N₂O₄(g)3N₂(g)＋4H₂O(g)  ΔH＝－947.6 kJ· mol^－1

(3)CO(NH₂)₂＋ClO^－＋2OH^－N₂H₄＋＋Cl^－＋H₂O

(4)①氣囊B的體積不再減小或氣體顏色不再變化

②變��；③mol·L^－1·s^－1       ④0.7a

【解析】本題主要考查了原電池原理，電解池原理等考點的理解。(1)原電池中負極失去電子，正極得到電子。因此肼在負極通入，氧氣在正極通入。又因為電解質(zhì)是氫氧化鉀，所以左側(cè)即負極反應(yīng)式是N₂H₄－4e^－＋4OH^－N₂＋4H₂O。(2)根據(jù)蓋斯定律可知，②×2－①－③即得到反應(yīng)式2N₂H₄(g)＋N₂O₄(g)3N₂(g)＋4H₂O(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝－534. 0kJ·mol^-1×2＋67.7kJ·mol^-1＋52.7kJ·mol^-1＝－947.6 kJ·mol^－1。(3)根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知，該反應(yīng)的離子方程式是2NH₃+ClO^-N₂H₄+Cl^-+H₂O。(4)①由于在反應(yīng)過程中氣體的體積是變化的，所以可以通過氣囊B的體積變化來判斷，又因為NO₂是紅棕色的氣體，所以也可以通過氣體顏色的變化來判斷。即氣囊B的體積不再減小或氣體顏色不再變化時，即說明反應(yīng)到達平衡狀態(tài)。②由于反應(yīng)物和生成物都是一種，所以再通入NO₂，則相當(dāng)于是增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，因此NO₂的含量降低。③設(shè)消耗NO₂的物質(zhì)的量是x，則根據(jù)方程式2NO₂N₂O₄可知，生成N₂O₄的物質(zhì)的量是x/2，則1－x＋x/2＝0.8，解得x＝0.4mol，所以NO₂的反應(yīng)速率是=mol·L^－1·s^－1。④打開K₂，則相當(dāng)于是在等溫等壓時的平衡，因此平衡是等效的。由于此時反應(yīng)物的物質(zhì)的量是B中的二倍，所以打開K₂之前，氣球B體積為(aL＋0.4aL)/2＝0.7aL。