Question

5．肼（N₂H₄）又稱聯(lián)氨，廣泛用于火箭推進(jìn)劑、有機(jī)合成，NO₂的二聚體N₂O₄則是火箭中常用氧化劑．試回答下列問(wèn)題
（1）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=-947.6 kJ•mol^-1．
（2）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（產(chǎn)物中同時(shí)有兩種正鹽），尿素法反應(yīng)的離子方程式為CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O．
（3）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1molNO₂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aL．
①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)減�。ㄌ睢白兇蟆薄白冃　被颉安蛔儭保�．
②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）．
③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）已知：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，②×2-③-①可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（2）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，反應(yīng)還生成碳酸鈉、氯化鈉與水；
（3）①A為恒溫恒容，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
②壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計(jì)算反應(yīng)的NO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO₂）；
③打開開關(guān)K，保持溫度不變，再達(dá)平衡時(shí)，等效為開始加入2molNO₂到達(dá)的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則開始加入2molNO₂到達(dá)的平衡時(shí)總體積為原平衡中氣球B體積的2倍．

解答 解：（1）已知：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，②×2-③-①可得：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；
（2）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，反應(yīng)還生成碳酸鈉、氯化鈉與水，反應(yīng)離子方程式為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
（3）①若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，重新到達(dá)平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，
故答案為：減��；
②壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量為1mol×0.8=0.8mol，則：
             2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）：1         0
轉(zhuǎn)化量（mol）：x        0.5x
平衡量（mol）：1-x      0.5x
所以1-x+0.5x=0.8，解得x=0.4，
則v（NO₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{aL}}{ts}$=$\frac{0.4}{at}$mol/（L．s），
故答案為：$\frac{0.4}{at}$mol/（L．s）；
③打開開關(guān)K，保持溫度不變，再達(dá)平衡時(shí)，等效為開始加入2molNO₂到達(dá)的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則開始加入2molNO₂到達(dá)的平衡時(shí)總體積為原平衡中氣球B體積的2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) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律應(yīng)用等，（3）中涉及等效平衡問(wèn)題，較好的考查學(xué)生分析解決問(wèn)題能力，關(guān)鍵是等效平衡途徑的建立，難度中等．