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）肼的結(jié)構(gòu)式為

 

．
（2）肼燃料電池原理如圖1所示，左邊電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式

 

．
（3）火箭常用N₂O₄作氧化劑，肼作燃料，已知：
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.7kJ?mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1
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：

 

．
（4）聯(lián)氨的工業(yè)生產(chǎn)常用氨和次氯酸鈉為原料獲得，也可在催化劑作用下，用尿素[CO（NH₂）₂]和次氯酸鈉與氫氧化鈉的混合溶液反應(yīng)獲得，尿素法反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（5）如圖2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1mol NO₂通過K₁、K₃分別充入A、B中，反應(yīng)起始時A、B的體積相同且均為a L．
①B中可通過觀察

 

判斷可逆反應(yīng)2NO₂?N₂O₄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為t s，達到平衡后容器內(nèi)壓強為起始壓強的．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

考點：化學(xué)平衡的計算,離子方程式的書寫,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）肼又稱做連氨，由兩個氨基相連；
（2）左端為負極，在堿性電解質(zhì)中失去電子生成氮氣和水；
（3）利用蓋斯定律來計算2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）的反應(yīng)熱；
（4）在高錳酸鉀催化劑存在下，尿素和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成聯(lián)氨、另外兩種鹽和水，結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫離子反應(yīng)方程式；
（5）①反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化；
②根據(jù)壓強對化學(xué)平衡的移動的影響因素來回答；
③根據(jù)反應(yīng)前后氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比來回答；
④根據(jù)等效平衡分析．

解答： 解：（1）肼由兩個氨基相連而成，結(jié)構(gòu)式為，故答案為：；   
（2）左端為負極，在堿性電解質(zhì)中失去電子生成氮氣和水，電極反應(yīng)為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
（3）由N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.7kJ?mol^-1           ①
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1 ②
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律可知②×2-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
△H=（-534.0kJ?mol^-1）×2-（-67.7kJ?mol^-1）-（-52.7kJ?mol^-1）=-947.6 kJ?mol^-1，
即熱化學(xué)方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ?mol^-1；
（4）由在高錳酸鉀催化劑存在下，尿素和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成聯(lián)氨、另外兩種鹽和水，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知兩種鹽為氯化鈉和碳酸鈉，該反應(yīng)為CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+CO₃^2-+Cl^-+H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+CO₃^2-+Cl^-+H₂O；
（5）①B是一個氣體壓強不變的容器，所以當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，混合氣體的顏色和氣囊體積不再改變，故答案為：氣囊B的體積不再減小或氣體顏色不再變化；
②再加入氣體，相當于增大壓強，化學(xué)平衡正向移動，二氧化氮的百分含量會減小，故答案為：變小；
③2NO₂?N₂O₄
起始（mol）：1     0
變化（mol）：2     x
平衡（mol）：1-2x  x
則

(1-2x)+x

1

=0.8，解得x=0.2mol，所以平均化學(xué)反應(yīng)速率v（NO₂）=

0.2×2

at

mol/（L?s）=

0.4

at

mol/（L?s），故答案為：

0.4

at

mol/（L?s）；
④打開K₂，則相當于是在等溫等壓時的平衡，因此平衡時等效的．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，
故答案為：0.7a．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的計算和蓋斯定律等知識點，難點是根據(jù)等效平衡進行計算，難度較大．