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1所示，左邊電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O

．

（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：

2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6kJ?mol^-1

．
（3）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的體積相同均為a L．
①B中可通過

B的體積不再減小或氣體顏色不再變化

判斷可逆反應(yīng)2NO₂?N₂O₄已經(jīng)達到平衡．
②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

0.7a

L．

Answer 1

分析：（1）左端為負極，在堿性電解質(zhì)中失去電子生成氮氣和水；
（2）利用蓋斯定律來計算2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）的反應(yīng)熱；
（3）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)等效平衡分析．

解答：解：（1）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；
（2）由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
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；
（3）①B是一個氣體壓強不變的容器，所以當(dāng)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：B的體積不再減小或氣體顏色不再變化；
②打開K₂，則相當(dāng)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、原電池 原理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．