Question

12．肼（N₂H₄）可以用作制藥原料，也可用作火箭和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料．

（1）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?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)．若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，則N₂H₄發(fā)生分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃；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）．
（2）已知：
反應(yīng)Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
①△H₁＞（填“＞”“＜”或“=”）△H₂．
②反應(yīng)：3N₂H₄（g） 2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H=3△H₁ +2△H₂（用含△H₁、△H₂的代數(shù)式表示）．
③在30℃、Ni/Pt催化下，向體積為1L的恒容密閉容器中加入0.1mol N₂H₄，發(fā)生反應(yīng)I．反應(yīng)在4min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得容器中$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示．則0～4min內(nèi)氫氣的平均速率v（H₂）=0.025mol/L•min，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.01．
（3）N₂H₄可用于制備燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖3所示．
①通入空氣的電極為正極（填“正極”或“負(fù)極”），該電池的負(fù)極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O
②用此電池進(jìn)行電鍍銅，開始時(shí)電鍍槽中兩極質(zhì)量相等，當(dāng)兩極質(zhì)量相差1.28g時(shí)，消耗N₂H₄的質(zhì)量為0.16g．

Answer 1

分析 （1）使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，由圖1得知：溫度越高，肼的百分含量越低，即分解的越快；
（2）①反應(yīng)Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反應(yīng)是分解反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)；
②依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H；
③反應(yīng)在4min時(shí)達(dá)到平衡，比值為3.0，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，設(shè)分解的肼物質(zhì)的量濃度為x，
        N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量   0.1       0       0
變化量   x         x       2x
平衡量 0.1-x       x      2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其濃度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）①燃料電池是燃料做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②用此電池進(jìn)行電鍍銅，開始時(shí)電鍍槽中兩極質(zhì)量相等，依據(jù)電子守恒和電極反應(yīng)計(jì)算；

解答 解：（1）使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(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，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：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃；降低反應(yīng)溫度；
（2）①反應(yīng)Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反應(yīng)是分解反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，△H₁＞0，
故答案為：＞；
②反應(yīng)Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算，Ⅰ×3+Ⅱ×2得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）△H=3△H₁ +2△H₂，
故答案為：3△H₁ +2△H₂；
③反應(yīng)在4min時(shí)達(dá)到平衡，比值為3.0，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，設(shè)分解的肼物質(zhì)的量濃度為x，
       N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量 0.1       0         0
變化量 x         x        2x
平衡量 0.1-x     x        2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其濃度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，
反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{2×0.05mol/L}{4min}$=0.025mol/L•min，
平衡常數(shù)K=$\frac{（2×0.05）^{2}×0.05}{0.1-0.05}$=0.01，
故答案為：0.025mol/L•min，0.01；
（3）①N₂H₄可用于制備燃料電池，通入空氣的電極為原電池的正極，通N₂H₄的電極為原電池負(fù)極，堿性介質(zhì)中的電極反應(yīng)為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案為：正極，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
②用此電池進(jìn)行電鍍銅，開始時(shí)電鍍槽中兩極質(zhì)量相等，當(dāng)兩極質(zhì)量相差1.28g時(shí)，物質(zhì)的量=$\frac{1.28g}{64g/mol}$=0.02mol，Cu-2e^-=Cu²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，電子轉(zhuǎn)移2mol電子，兩個(gè)電極質(zhì)量相差128g，則當(dāng)兩極質(zhì)量相差1.28g時(shí)，即物質(zhì)的量為0.02mol，電子轉(zhuǎn)移0.02mol，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，消耗肼的質(zhì)量=$\frac{0.02}{4}$mol×32g/mol=0.16g，
故答案為：0.16：

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程書寫、化學(xué)平衡計(jì)算、原電池原理應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，關(guān)鍵是原電池電解反應(yīng)、電子守恒的計(jì)算，題目難度中等．