Question

【题目】长征三号甲运载火箭(CZ—3A)与“嫦娥工程“太空摆渡车”“北斗卫星”“风云卫星”等中国航天大事件紧密相连。它是大型三级液体推进剂火箭，一子级和二子级均使用偏二甲肼(UDMH)-四氧化二氮(NTO)推进剂，反应产物绿色无污染。回答下列问题：

(1)已知(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)= 2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) △H=a kJ/mol

N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H=b kJ/mol

2NO(g)+O2(g)= N2O4(l) △H=c kJ/mol

则UDMH-NTO推进剂反应的热化学方程式为________________________。

(2)偏二甲肼易溶于水，其一水合物的电离方式与一水合氨(Kb=1.7×10-5)相似但电离常数更小，偏二甲肼一水合物的电离方程式为___________________，向偏二甲肼溶液中加入等物质的量的醋酸(Ka=-1.7×10-5)，充分反应后溶液呈______(填“酸性”“碱性”或“中性”)。碱性偏二甲肼—空气燃料电池的电解质溶液是20～30％的KOH溶液，电池工作时正极的电极反应式为__________________________。

(3)N2O4是NO2的二聚产物，NO、NO2等氮氧化物是主要的大气污染物，氮氧化物与悬浮在大气中的微粒相互作用时，涉及如下反应：

(I)2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) △H1<0 K1

(II)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) △H2<0 K2

则4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+C12(g)的平衡常数为_______(用K1、K2表示)；为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，T℃时，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.2mol C12，5min时达到平衡，反应过程中容器内的压强减小了10%，则5min内反应的平均速率v(C1NO)=_____mol/(L·min)，NO的平衡转化率α1=_____％；若其他条件保持不变，使反应(Ⅱ)在初始容积为2L的恒压密闭容器中进行，则NO的平衡转化率α2_______α1(填“>”“<”或“=”)。

Answer 1

【答案】(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) △H=(a-2b-2c)kJ/mol (CH3)2NNH2·H2O(CH3)2NNH3++OH- 酸性 O2+2H2O+4e-=4OH- 0.008 40 ＞

【解析】

(1) ①(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) △H=a kJ/mol；

②N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H=b kJ/mol；③2NO(g)+O2(g)= N2O4(l) △H=c kJ/mol

①-2×②-③×2，整理可得：(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) △H=(a-2b-2c)kJ/mol；

(2)偏二甲肼一水合物的电离方式与一水合氨(Kb=1.7×10-5)相似,但电离常数更小，模拟NH3H2O的电离，可得偏二甲肼一水合物的电离方程式为: (CH3)2NNH2·H2O(CH3)2NNH3++OH-；由于一水合氨余醋酸电离程度相近，而偏二甲肼一水合物比一水合氨难电离，所以向偏二甲肼溶液中加入等物质的量的醋酸(Ka=-1.7×10-5)，得到的CH3COO-、(CH3)2NNH3+都会发生水解反应，但是(CH3)2NNH3+水解程度更大，根据水弱谁水解，谁强显水性的盐的水解规律可知，充分反应后溶液呈酸性；碱性偏二甲肼—空气燃料电池的电解质溶液是20～30％的KOH溶液，电池工作时正极上氧气获得电子，变为OH-，该电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；

(3) 4NO2(g)+2NaCl(s) 2NANO3(s)+2NO(g)+C12(g)的平衡常数为K=，

2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)的化学平衡常数K1=；

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)的化学平衡常数K2=，==K；

在容器的容积恒定不变时，气体的压强比等于气体的物质的量的比，在反应2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)中，假设反应过程中c(Cl2)变化了x，根据题意，用三段式法计算

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)

c(始)mol/L0.1 0.1 0

c(变)mol/L2x x 2x

c(平)mol/L0.1-2x 0.1-x 2x

=0.9，解得x=0.02，所以v(C1NO)=mol/(Lmin)；

NO的平衡转化率α1=×100%=40%；

由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，若其他条件保持不变，使反应(Ⅱ)在初始容积为2L的恒压密闭容器中进行，相当于这个反应在恒容下达到平衡后缩小容器的容积，增大压强，增大压强化学平衡正向移动，因此达到平衡后NO的平衡转化率增大，即α2>α1。