Question

12．發射航天火箭常用肼（N₂H₄）與N₂O₄作燃料與助燃剎．
（1）已知：2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1
斷開1mol下列化學鍵吸收的能量分別為：N-H：391kJ；N-N：193kJ；N≡N：946kJ；O-H：463kJ．
則使1molN₂O₄（1）分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是1803KJ．
（2）t℃時，將一定量的NO₂（g）和N₂O₄（g）充入一個容積為2L的恒容密閉容器中，濃度隨時間變化關系如表所示：

時間	0	5	10	15	20	25	30
c（X）/mol•L-1	0.2	c	0.6	0.6	1.0	c1	c1
c（Y）/mol•L-1	0.6	c	0.4	0.4	0.4	c2	c2

①c（X）代表NO₂（填化學式）的濃度，該反應的平衡常數K=0.9；
②前10min內用NO₂表示的反應速率為0.04mol/（L•min），20min時改變的條件是增大NO₂的濃度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮）；重新達到平衡時，NO₂的百分含量與原平衡狀態相比B（填序號）
A．增大　　　　B．減小　　　　C．不變　　　D．無法判斷
（3）肼的性質與氨相似，其水溶液顯弱堿性．請用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因：N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-．肼與氧氣構成的燃料電池在堿性條件下放電時，生成水與一種無污染的氣體．放電時，該電池負極的電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂．
（4）已知在相同條件下N₂H₄•H₂O的電離程度大于N₂H₅Cl的水解程度．常溫下，若將0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液與0.1mol•L^-1HCl溶液等體積混合，則溶液中N₂H₅⁺、Cl^-、OH^-、H⁺離子濃度由大到小的順序為c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，根據2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1計算；
（2）①X、Y的起始濃度分別為0.2mol/L、0.6mol/L，前10min內，X濃度增大了0.4mol/L、Y的濃度減小0.2mol/L，由于NO₂、N₂O₄與按物質的量2：1反應，則X為NO₂、Y為N₂O₄；平衡常數K=$\frac{{C}^{2}（N{O}_{2}）}{C（{N}_{2}{O}_{4}）}$，代入物質的濃度計算；
②根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂）；20min時，Y（N₂O₄）的濃度不變，X（NO₂）的濃度增大，改變的條件應是增大NO₂的濃度，等效為增大壓強，平衡向生成N₂O₄的向逆反應進行，減少2molNO₂的同時混合氣體總物質的量減小1mol，則混合氣體中NO₂的百分含量減小；
（3）肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子；肼-空氣燃料電池放電時，負極上肼失電子和氫氧根離子反應生成H₂O和氮氣，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；
（4）若將0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液與0.1mol•L^-1HCl溶液等體積混合，得到物質的濃度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同條件下N₂H₄•H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以離子濃度大小為：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），由此解答．

解答 解：（1）設1mol N₂O₄（1）完全分解成相應的原子時需要吸收的能量QKJ，2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1，則：
193kJ/mol×2+391kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-463kJ/mol×8=-1225 kJ/mol，解得Q=1803，
故答案為：1803kJ；
（2）①化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，X、Y的起始濃度分別為0.2mol/L、0.6mol/L，10min時到達平衡，X濃度增大了0.4mol/L、Y的濃度減小0.2mol/L，由于NO₂、N₂O₄與按物質的量2：1反應，則X為NO₂、Y為N₂O₄，平衡常數K=$\frac{{C}^{2}（N{O}_{2}）}{C（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.4}$=0.9，
故答案為：NO₂；0.9；
②v（NO₂）=$\frac{0.6mol/L-0.2mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min）；20min時，Y（N₂O₄）的濃度不變，X（NO₂）的濃度增大，改變的條件應是增大NO₂的濃度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮），等效為增大壓強，平衡向生成N₂O₄的向逆反應進行，減少2molNO₂的同時混合氣體總物質的量減小1mol，則混合氣體中NO₂的百分含量減小，
故答案為：0.04mol/（L•min）；增大NO₂的濃度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮）；B；
（3）肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子，電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-，肼-空氣燃料電池放電時，負極上肼失電子和氫氧根離子反應生成H₂O和氮氣，電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；
（4）若將0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液與0.1mol•L^-1HCl溶液等體積混合，得到物質的濃度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同條件下N₂H₄•H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以離子濃度大小為：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查反應熱的計算、化學平衡常數的計算、化學平衡影響移動、電化學知識、溶液中離子濃度的比較等，是對學生綜合能力的考查，電極反應式的書寫，明確各個電極上發生的反應是解答關鍵，離子濃度大小比較注意相同條件下N₂H₄•H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度，題目難度中等．