Question

20．肼（N₂H₄）又稱聯(lián)氨，廣泛用于火箭推進(jìn)劑、有機(jī)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?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6kJ•mol^-1．
（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CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O．
（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1mol NO₂通過(guò)K₁、K₃分別充入A、B中，反應(yīng)起始時(shí)A、B的體積相同均為a L．

①B中可通過(guò)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(dá)到平衡．
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，則重新到達(dá)平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分?jǐn)?shù)變小（填“變大”“變小”或“不變”）
③若容器A中到達(dá)平衡所需時(shí)間t s，達(dá)到平衡后容器內(nèi)壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的0.8倍，則平均化學(xué)反應(yīng)速率v（NO₂）等于$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）．
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0.7aL．

Answer 1

分析 （1）左端為負(fù)極，在堿性電解質(zhì)中失去電子生成氮?dú)夂退��?br />（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計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）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(lái)書寫離子反應(yīng)方程式；
（4）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化；
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，等效于加入1mol NO₂，采用先擴(kuò)大再壓縮的方法分析重新到達(dá)平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分?jǐn)?shù)；
③根據(jù)反應(yīng)前后氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比來(lái)回答；
④打開K₂，則相當(dāng)于是在等溫等壓時(shí)的平衡，因此平衡時(shí)等效的，根據(jù)此時(shí)反應(yīng)物的物質(zhì)的量是B中的二倍，則此時(shí)總體積也是B以前體積的二倍，據(jù)此分析．

解答 解：（1）左端為負(fù)極，在堿性電解質(zhì)中失去電子生成氮?dú)夂退�，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）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+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O；
（4）①B是一個(gè)氣體壓強(qiáng)不變的容器，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，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若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，等效于加入1mol NO₂，相當(dāng)于先擴(kuò)大一倍體積二氧化氮的百分含量不變，再壓縮平衡向消耗二氧化氮的方向移動(dòng)，所以二氧化氮的百分含量會(huì)減小，故答案為：變��；
③2NO₂?N₂O₄
初始物質(zhì)的量：1      0
變化的物質(zhì)的量：2x     x
平衡物質(zhì)的量：1-2x     x  
則$\frac{1-2x+x}{1}$=0.8，解得x=0.2mol，所以平均化學(xué)反應(yīng)速率v（NO₂）=$\frac{0.2×2}{at}$mol/（L•s）=$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s），故答案為：$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）；
④打開K₂，則相當(dāng)于是在等溫等壓時(shí)的平衡，因此平衡時(shí)等效的．由于此時(shí)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(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算和蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是根據(jù)等效平衡進(jìn)行計(jì)算，難度較大．