Question

12．肼（N₂H₄）可以用作制藥原料，也可用作火箭和噴氣發動機的燃料．

（1）在納米鈷的催化作用下，肼可分解生成兩種氣體，其中一種能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍．若反應在不同溫度下達到平衡時，混合氣體中各組分的體積分數如圖1所示，則N₂H₄發生分解反應的化學方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃；為抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反應溫度（任寫一種）．
（2）已知：
反應Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反應Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
①△H₁＞（填“＞”“＜”或“=”）△H₂．
②反應：3N₂H₄（g） 2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H=3△H₁ +2△H₂（用含△H₁、△H₂的代數式表示）．
③在30℃、Ni/Pt催化下，向體積為1L的恒容密閉容器中加入0.1mol N₂H₄，發生反應I．反應在4min時達到平衡，測得容器中$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$與時間的關系如圖2所示．則0～4min內氫氣的平均速率v（H₂）=0.025mol/L•min，反應的平衡常數K=0.01．
（3）N₂H₄可用于制備燃料電池，其結構如圖3所示．
①通入空氣的電極為正極（填“正極”或“負極”），該電池的負極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O
②用此電池進行電鍍銅，開始時電鍍槽中兩極質量相等，當兩極質量相差1.28g時，消耗N₂H₄的質量為0.16g．

Answer 1

分析 （1）使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體為氨氣，由圖1得知：溫度越高，肼的百分含量越低，即分解的越快；
（2）①反應Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反應是分解反應屬于吸熱反應；
②依據蓋斯定律和熱化學方程式計算得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H；
③反應在4min時達到平衡，比值為3.0，結合化學平衡三行計算列式計算，設分解的肼物質的量濃度為x，
        N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量   0.1       0       0
變化量   x         x       2x
平衡量 0.1-x       x      2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其濃度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，反應速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）①燃料電池是燃料做負極失電子發生氧化反應，氧氣在正極得到電子發生還原反應；
②用此電池進行電鍍銅，開始時電鍍槽中兩極質量相等，依據電子守恒和電極反應計算；

解答 解：（1）使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體為氨氣，即肼分解生成氨氣，依據元素守恒得知另外一種產物為氮氣，故化學反應方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃，由圖1可知，溫度越高，肼的體積分數含量越低，故要抑制肼的分解，應降低反應溫度，故答案為：3N₂H₄$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+4NH₃；降低反應溫度；
（2）①反應Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反應是分解反應屬于吸熱反應，△H₁＞0，
故答案為：＞；
②反應Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反應Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
依據蓋斯定律和熱化學方程式計算，Ⅰ×3+Ⅱ×2得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）△H=3△H₁ +2△H₂，
故答案為：3△H₁ +2△H₂；
③反應在4min時達到平衡，比值為3.0，結合化學平衡三行計算列式計算，設分解的肼物質的量濃度為x，
       N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量 0.1       0         0
變化量 x         x        2x
平衡量 0.1-x     x        2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其濃度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，
反應速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{2×0.05mol/L}{4min}$=0.025mol/L•min，
平衡常數K=$\frac{（2×0.05）^{2}×0.05}{0.1-0.05}$=0.01，
故答案為：0.025mol/L•min，0.01；
（3）①N₂H₄可用于制備燃料電池，通入空氣的電極為原電池的正極，通N₂H₄的電極為原電池負極，堿性介質中的電極反應為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案為：正極，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
②用此電池進行電鍍銅，開始時電鍍槽中兩極質量相等，當兩極質量相差1.28g時，物質的量=$\frac{1.28g}{64g/mol}$=0.02mol，Cu-2e^-=Cu²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，電子轉移2mol電子，兩個電極質量相差128g，則當兩極質量相差1.28g時，即物質的量為0.02mol，電子轉移0.02mol，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，消耗肼的質量=$\frac{0.02}{4}$mol×32g/mol=0.16g，
故答案為：0.16：

點評 本題考查熱化學方程書寫、化學平衡計算、原電池原理應用等知識點，是對學生綜合能力的考查，關鍵是原電池電解反應、電子守恒的計算，題目難度中等．