Question

肼(N₂H₄)又称联氨，广泛用于火箭推进剂、有机合成及燃料电池，NO₂的二聚体N₂O₄则是火箭中常用氧化剂。试回答下列问题：

(1)肼燃料电池原理如图所示，左边电极上发生的电极反应式为____________________________________。

(2)火箭常用N₂O₄作氧化剂，肼作燃料，已知：

N₂(g)＋2O₂(g)2NO₂(g)          ΔH＝－67.7kJ·mol^－1

N₂H₄(g)＋O₂(g)N₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝－534.0kJ·mol^－1

2NO₂(g)N₂O₄(g)            ΔH＝－52.7kJ·mol^－1

试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：________________________________________________________________。

(3)联氨的工业生产常用氨和次氯酸钠为原料获得，也可在高锰酸钾催化下，尿素[CO(NH₂)₂]和次氯酸钠—氢氧化钠溶液反应获得，尿素法反应的离子方程式为_____________________________________________________。

(4)如图所示，A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊。关闭K₂，将各1 mol NO₂通过K₁、K₃分别充入A、B中，反应起始时A、B的体积相同均为a L。

①B中可通过__________________________判断可逆反应2NO₂N₂O₄已经达到平衡。

②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，则重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数________(填 “变大”、“变小”或“不变”)

③若容器A中到达平衡所需时间t s，达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍，则平均化学反应速率v(NO₂)等于____________________。

④若打开K₂，平衡后B容器的体积缩至0.4a L，则打开K₂之前，气球B体积为______L。

Answer 1

【答案】(1)N₂H₄－4e^－＋4OH^－N₂＋4H₂O

(2)2N₂H₄(g)＋N₂O₄(g)3N₂(g)＋4H₂O(g)  ΔH＝－947.6 kJ· mol^－1

(3)CO(NH₂)₂＋ClO^－＋2OH^－N₂H₄＋＋Cl^－＋H₂O

(4)①气囊B的体积不再减小或气体颜色不再变化

②变小；③mol·L^－1·s^－1       ④0.7a

【解析】本题主要考查了原电池原理，电解池原理等考点的理解。(1)原电池中负极失去电子，正极得到电子。因此肼在负极通入，氧气在正极通入。又因为电解质是氢氧化钾，所以左侧即负极反应式是N₂H₄－4e^－＋4OH^－N₂＋4H₂O。(2)根据盖斯定律可知，②×2－①－③即得到反应式2N₂H₄(g)＋N₂O₄(g)3N₂(g)＋4H₂O(g)，所以该反应的反应热△H＝－534. 0kJ·mol^-1×2＋67.7kJ·mol^-1＋52.7kJ·mol^-1＝－947.6 kJ·mol^－1。(3)根据反应物和生成物可知，该反应的离子方程式是2NH₃+ClO^-N₂H₄+Cl^-+H₂O。(4)①由于在反应过程中气体的体积是变化的，所以可以通过气囊B的体积变化来判断，又因为NO₂是红棕色的气体，所以也可以通过气体颜色的变化来判断。即气囊B的体积不再减小或气体颜色不再变化时，即说明反应到达平衡状态。②由于反应物和生成物都是一种，所以再通入NO₂，则相当于是增大压强，平衡向正反应方向移动，因此NO₂的含量降低。③设消耗NO₂的物质的量是x，则根据方程式2NO₂N₂O₄可知，生成N₂O₄的物质的量是x/2，则1－x＋x/2＝0.8，解得x＝0.4mol，所以NO₂的反应速率是=mol·L^－1·s^－1。④打开K₂，则相当于是在等温等压时的平衡，因此平衡是等效的。由于此时反应物的物质的量是B中的二倍，所以打开K₂之前，气球B体积为(aL＋0.4aL)/2＝0.7aL。