Question

11．偏二甲肼与N₂O₄ 是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学反应：
（CH₃）₂NNH₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O （l）    （Ⅰ）
（1）若将反应（Ⅰ）设计成原电池，则正极的电极反应式为N₂O₄+8H⁺+8e^-=N₂+4H₂O（酸性电解质）．
（2）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）  （Ⅱ）
当温度升高时，气体颜色变深，则反应（Ⅱ）为吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（3）一定温度下，反应（Ⅱ）的焓变为△H．现将1mol N₂O₄充入一恒压密闭容器中，如图示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是ad．

若在相同温度下，上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行，平衡常数不变（填“增大”“不变”或“减小”），反应3s后NO₂的物质的量为0.6mol，则0～3s内的平均反应速率v（N₂O₄）=0.1mol•L^-1•s^-1．
（4）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃时，将amol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，原因是：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示）．向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中的水的电离平衡将逆向（填“正向”“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为$\frac{a}{200b}$mol•L^-1．（NH_3•H₂O的电离平衡常数
K_b=2×10^-5 mol•L^-1）

Answer 1

分析 （1）依据化学方程式中元素化合价的变化分析，原电池的正极发生还原反应；
（2）升高温度，平衡向吸热反应方向移动；
（3）根据达到平衡状态，各组分浓度不变，正逆反应速率相等进行判断；化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关；根据v（NO₂）=$\frac{△c}{△t}$计算NO₂的化学反应速率，再根据同一反应中、同一时间段内反应速率之比等于计量数之比计算v（N₂O₄）；
（4）依据铵根离子水解分析回答；依据同粒子效应，一水合氨对铵根离子水解起到抑制作用；依据一水合氨的电离平衡常数计算得到氨水浓度．

解答 解：（1）反应（Ⅰ）中，N₂O₄（l）中N元素得电子化合价降低，N₂O₄（l）是氧化剂，发生还原反应，原电池正极发生还原反应，电极反应式为N₂O₄+8H⁺+8e^-=N₂+4H₂O
故答案为：N₂O₄+8H⁺+8e^-=N₂+4H₂O；
（2）升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，当温度升高时，气体颜色变深，平衡向正反应方向移动，所以正反应是吸热反应；
故答案为：吸热；
（3）a、恒压容器中混合气体的质量不变，体积不变，密度不变，平衡状态下密度不变，密度改变，说明体积变化，平衡发生移动，能说明反应达到了平衡状态，故a正确；
b、反应过程中，反应热不会变化，不是变量，无法判断是否达到平衡状态，故b错误；
c、根据反应速率大小，无法判断正逆反应速率是否相等，故c错误；
d、四氧化二氮的转化率不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故d正确；
化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关，所以平衡常数K不变；
v（NO₂）═$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.6mol}{1L}}{3s}$=0.2mol/L•s，则v（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.1mol/（L•s）；
故答案为：ad；不变；0.1；
（3）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，是因为铵根离子水解；反应的离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；加入氨水溶液抑制铵根离子水解，平衡逆向进行；将a mol NH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃•H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5 mol•L^-1，设混合后溶液体积为1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常数K=$\frac{[N{{H}_{4}}^{+}]•[O{H}^{-}]}{[N{H}_{3}•{H}_{2}O]}$=$\frac{amol/L×1{0}^{-7}mol/L}{bL×[N{H}_{3}•{H}_{2}O]mol/L}$=2×10^-5 mol•L^-1，计算得到c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{200b}$mol/L，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；逆向；$\frac{a}{200b}$．

点评 本题考查了氧化还原反应的概念判断，化学平衡的影响因素分析，平衡标志的判断理解，平衡常数的影响因素和计算应用，化学反应速率的计算分析，弱电解质溶液中的电离平衡的计算应用，综合性较大．