Question

肼（N₂H₄）廣泛用于火箭推進劑、有機合成及電池燃料．請回答下列問題：
（1）直接肼燃料電池原理如右圖所示，則該電池中負極的電極反應(yīng)式為

 

．用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，且電解池的電極均為惰性電極，則陽極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積是

 

 L；
（2）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
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）肼的水合物（水合肼，N₂H₄?2H₂O）是一種強還原劑，某文獻報道用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，某次實驗部分記錄如下：

實驗Ⅰ：催化劑用量與配比對催化 活性影響				實驗Ⅱ：水合肼用量對反應(yīng)時間的影響			實驗Ⅲ：反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間的影響
序號	m（Fe3+） /g	m（Al3+） /g	100%轉(zhuǎn)化 消耗時間/min	序號	n（對氯硝基苯）：n（水合肼）	反應(yīng)時間/min	序號	反應(yīng)溫度/℃	反應(yīng)時間/min	轉(zhuǎn)化率%
①	5	5	70	①	1：1.5	110	①	78	70	89
②	10	不加	110	②	1：1.8	110	②	75	60	91
③	10	0.8	60	③	1：2.0	40	③	70	40	100
④	10	1	40	④	1：2.2	30	④	65	110	95
⑤	20	1	70	/	/	/	⑤	60	110	88

請分別從實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組合出最佳條件依次為

 

（選用序號①②③④⑤）．
（4）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ?mol^-1．一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡．寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式：

 

，升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值將

 

（填增大或減小或不變）； 若其他條件不變時，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是

 

（填字母序號）
A．減小NO₂的濃度      B．降低溫度      C．增加NO₂的物質(zhì)的量    D．升高溫度．

Answer 1

考點：化學(xué)電源新型電池,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用N元素的化合價變化及負極發(fā)生氧化反應(yīng)判斷負極反應(yīng)原料，然后寫出負極的電極反應(yīng)；根據(jù)電子守恒及溶液中放電離子先后順序計算出陽極生成氣體的物質(zhì)的量及體積；
（2）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.7kJ?mol^-1，
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（3）用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇性還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，實驗I中④的時間最少，實驗Ⅱ中④的時間最少，實驗Ⅲ中轉(zhuǎn)化率最大；
（4）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式及該反應(yīng)方程式進行解答；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，只要改變條件使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動即可．

解答： 解：（1）由原電池可知，肼中N元素的化合價升高，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，則肼為負極，負極生成產(chǎn)物為氮氣和水，則負極反應(yīng)為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，溶液中含有氯離子0.1mol，0.1mol氯離子完全放電轉(zhuǎn)移了0.1mol電子；假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，其中有0.1mol電子用于生成0.05mol氯氣；還有0.1mol電子用于生成氧氣，則生成氧氣的物質(zhì)的量為：

0.1mol

4

=0.025mol，所以陽極總共生成了：0.05mol+0.025mol=0.075mol氣體，標況下0.625mol氣體的體積為：22.4L/mol×0.075mol=1.68L，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；1.68；
（2）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.7kJ?mol^-1，
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₂×2-△H₁-△H₃=-947.6 kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6 kJ?mol^-1；
（3）用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇性還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，由實驗數(shù)據(jù)可知實驗I中④的時間最少，實驗Ⅱ中④的時間最少，實驗Ⅲ中③轉(zhuǎn)化率最大，則最佳條件為④④③，
故答案為：④、④、③；
（4）一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：K=

c(N2O4)

c2(NO2)

；
反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ?mol^-1為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向著逆向移動，二氧化氮濃度增大，四氧化二氮濃度減小，所以化學(xué)平衡常數(shù)減小；
該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，可改變反應(yīng)物的濃度、體系的壓強、溫度等，
A、減小N0₂的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯誤；
B．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故B正確；
C．增加N0₂的濃度，相當于體系壓強增大，利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；
D．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
故答案為：

c(N2O4)

c2(NO2)

； 減��；BC．

點評：本題為綜合題，涉及化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、蓋斯定律計算反應(yīng)熱及熱化學(xué)方程式的書寫、原電池、影響反應(yīng)速率及平衡的因素、影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)平衡常數(shù)的含義，注意明確化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的濃度無關(guān)．