Question

16．火箭升空使用肼（N₂H₄）作為燃料，N₂O₄為氧化劑．
（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，氣態肼在N₂O₄中燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式為
2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1．
（2）工業上可用次氯酸鈉與過量的氨反應制備肼，該反應的化學方程式為NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O．
（3）一定條件下，向2L密閉容器中充入3.2mol NH₃和4.4mol O₂，發生反應：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0．測得平衡時數據如表所示：

物質 物質的量/mol 溫度/℃	NO	H2O
T1	1.6	2.4
T2	1.2	1.8

①T₁℃時，若經過10min反應達到平衡，則10min內反應的平均速率v（NH₃）=0.08mol•L^-1•min^-1，該反應的化學平衡常數K=1.2．
②T₁＜ T₂ （填“＞”、“＜”或“=”）．
③下列措施中，既能提高NH₃的轉化率，又能加快反應速率的是d（填選項字母）．
a．升高溫度  b．降低溫度  c．擴大容器體積  d．體積不變的條件下再充入一定量O₂
（4）在載人航天器的生態系統中，可利用電化學裝置發生反應“2CO₂═2CO+O₂”分解除去CO₂并提供充足的O₂．已知該反應的陽極反應式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，則陰極反應式為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．有人提出，可以設計反應“2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0”來消除CO的污染，請判斷上述設計是否合理否（填“是”或“否”），理由是該反應為△H＞0、△S＜0的反應，不能自發進行．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所得熱化學方程式；
（2）次氯酸鈉與過量的氨反應制備肼，生成氯化鈉和水；結合原子守恒配平書寫得到化學方程式；
（3）①依據化學平衡三段式列式計算，反應速率=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②結合圖表數據計算平衡常數，利用平衡常數變化分析溫度變化；
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0，既能提高NH₃的轉化率，又能加快反應速率的措施是根據平衡移動原理和影響反應速率因素分析選項判斷；
（4）陰極發生還原反應，CO₂被還原生成CO，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式；根據△G的大小判斷反應能否進行．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO（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
依據蓋斯定律計算②×2-①-③得到氣態肼在N₂O₄中燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1；
（2）次氯酸鈉與過量的氨反應制備肼，生成氯化鈉和水，反應的化學方程式為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O，故答案為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O；
（3）①T₁時，向2L密閉容器中充入3.2molNH₃和4.4molO₂，發生反應：
                  4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0：
起始量（mol/L）   1.6       2.2       0        0
變化量（mol/L）  0.8        1         0.8      1.2
平衡量（mol/L）   0.8       1.2       0.8     1.2
T₁℃時，若經過10min反應達到平衡，則10min內反應的平均速率v（NH₃）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08 mol•L^-1•min^-1，平衡常數K=$\frac{1．{2}^{6}×0．{8}^{4}}{0．{8}^{4}×1．{2}^{5}}$=1.2；
故答案為：0.08 mol•L^-1•min^-1；1.2；
②T₂時，向2L密閉容器中充入3.2molNH₃和4.4molO₂，發生反應：
             4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0：
起始量（mol/L）   1.6       2.2       0        0
變化量（mol/L）   0.6      0.75       0.6     0.9
平衡量（mol/L）   1        1.45       0.6     0.9
  K=$\frac{0．{9}^{6}×0．{6}^{4}}{{1}^{4}×1.4{5}^{5}}$=0.36＜1.2
則反應逆向進行，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，T₂＞T₁；
故答案為：＜；
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0，既能提高NH₃的轉化率，又能加快反應速率的措施是根據平衡移動原理和影響反應速率因素分析選項判斷；
a、反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，故a不符合； 
b、降低溫度平衡正向進行，氨氣轉化率增大，反應速率減小，故b不符合；
c、擴大容器體積壓強減小，平衡正向進行，氨氣轉化率增大，反應速率減小，故c不符合；
d、體積不變的條件下再充入一定量O₂，平衡正向進行，氨氣轉化率增大，反應速率增大，故d符合；
故答案為：d；
（4）依據總反應2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式，所以陰極反應為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，反應2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T•△S＞0，反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行；
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；否；該反應為△H＞0、△S＜0的反應，不能自發進行．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數、平衡移動以及電化學等知識，題目難度中等，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．