Question

11．“神七”登天谱写了我国航天事业的新篇章．火箭升空需要高能的燃料，通常用肼（N₂H₄）作为燃料，N₂O₄做氧化剂．
（1）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
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：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1．
（2）工业上可用次氯酸钠与过量的氨反应制备肼，该反应的化学方程式为：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（3）一定条件下，在2L密闭容器中起始投入2mol NH₃和4mol O₂发生反应：
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0
测得平衡时数据如下：

平衡时物质的量（mol）	n（NO）	n（H2O）
温度T1	1.6	2.4
温度T2	1.2	1.8

①在温度T₁下，若经过10min反应达到平衡，则10min内反应的平均速率v（NH₃）=0.08mol•L^-1•min^-1．
②温度T₁和T₂的大小关系是T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，则阴极反应为2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．有人提出，可以设计反应2CO═2C+O₂（△H＞0）来消除CO的污染．请你判断上述反应是否能自发进行并说明理由不能，因为该反应的△H＞0，△S＜O．
（5）图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液．

如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L气体（已折算成标准状况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为2mol．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，
由盖斯定律：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.0kJ•mol^-1
③2NO₂（g）N₂O₄（g）△H₃=-52.7kJ•mol^-1
②×2-①-③得到；
（2）次氯酸钠与过量的氨反应制备肼，依据反应物和生成物，结合原子守恒写出化学方程式；
（3）①分析图表数据结合化学反应速率概念计算得到；
②反应在T₂时生成物的平衡浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，逆向是吸热反应，依据平衡移动原理判断，T₁＜T₂；
（4）2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该装置的阳极反应为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，阴极反应依据电子守恒总反应减去阳极反应得到；依据自发进行的判断依据△H-T△S＜0分析判断；
（5）依据电解水的化学方程式，依据电子守恒结合电极产物分析计算；

解答 解：（1）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
依据盖斯定律②-（①+③）得到2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1；
（2）次氯酸钠与过量的氨反应制备肼氨气被氧化为肼，本身被还原为氯离子，结合原子守恒配平写出化学方程式为：NaClO+2NH₃═N₂H₄+NaCl+H₂O；
故答案为：NaClO+2NH₃═N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①
              4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）
起始量（mol）  2         4         0        0
变化量（mol） 1.6        2        1.6      2.4
平衡量（mol） 0.4         2       1.6      2.4
在T₁时，若经过10min反应达到平衡，则10min内反应的平均速率v（NH₃）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{10min}$=0.08mol•L^-1•min^-1；
故答案：0.08 mol•L^-1•min^-1；　
②反应在T₂时生成物的平衡浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，逆向是吸热反应，依据平衡移动原理判断，T₁＜T₂；
故答案为：＜；
（4）2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该装置的阳极反应为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，阴极反应依据电子守恒总反应减去阳极反应得到：2CO₂+4e^-+2H₂O═2CO+4OH^-（或CO₂+2e^-+H₂O═CO+2OH^-）；2CO═2C+O₂ △H＞0△S＜0，△H-T△S＞0，反应一定不能自发进行；
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O═2CO+4OH^-（或CO₂+2e^-+H₂O═CO+2OH^-）；不能，因为该反应的△S＜0；
（5）氢氧储罐中共收集到33.6L气体（已折算成标准状况）物质的量=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，发生的反应为2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，氢气物质的量=$\frac{2}{3}$×1.5mol=1mol，氧气物质的量为0.5mol，则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为2mol；
故答案为：2；

点评 本题考查热化学方程式和盖斯定律计算应用，化学平衡的影响因素分析判断，反应速率的计算应用，原电池电极反应书写方法，电解过程中电子转移的计算应用，题目难度中等．