Question

1．肼（N₂H₄）又稱聯氨，廣泛用于火箭推進劑、有機合成及燃料電池，NO₂的二聚體N₂O₄則是火箭中常用氧化劑．試回答下列問題

（1）肼的結構式為．
（2）肼燃料電池原理如圖1所示，左邊電極上發生的電極反應式為．
（3）火箭常用N₂O₄作氧化劑，肼作燃料，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
寫出氣態肼在氣態四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態水的熱化學方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6kJ•mol^-1
（4）聯氨的工業生產常用氨和次氯酸鈉為原料獲得，也可在催化劑作用下，用尿素[CO（NH₂）₂]和次氯酸鈉與氫氧化鈉的混合溶液反應獲得，尿素法反應的離子方程式為CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O．
（5）如圖2所示，A是由導熱材料制成的密閉容器，B是一耐化學腐蝕且易于傳熱的透明氣囊．關閉K₂，將各1mol NO₂通過K₁、K₃分別充入A、B中，反應起始時A、B的體積相同且均為a L．
①B中可通過觀察B的體積不再減小或氣體顏色不再變化判斷可逆反應2NO₂?N₂O₄已經達到平衡．
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，則重新到達平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分數變小（填“變大”“變小”或“不變”）．
③若容器A中到達平衡所需時間為t s，達到平衡后容器內壓強為起始壓強的0.8倍，則平均化學反應速率v（NO₂）等于$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）．
④若打開K₂，平衡后B容器的體積縮至0.4a L，則打開K₂之前，氣球B體積為0.7aL．28．（14分）

Answer 1

分析 （1）根據肼的分子式N₂H₄可知，分子中氮原子最外層有5個電子，氫原子最外層不1個電子，要形成穩定結構，分子中有四個N-H鍵和一個N-N鍵，據此寫結構式；
（2）左端為負極，在堿性電解質中失去電子生成氮氣和水；
（3）利用蓋斯定律來計算2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）的反應熱；
（4）尿素[CO（NH₂）₂]和次氯酸鈉與氫氧化鈉的混合溶液反應獲得聯氨，根據反應物和生成物來確定生成物，并書寫化學方程式；
（5）①反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化；
②根據壓強對化學平衡的移動的影響因素來回答；
③根據等效平衡分析；
④根據反應前后氣體的壓強之比等于物質的量之比來回答；

解答 解：（1）根據肼的分子式N₂H₄可知，分子中氮原子最外層有5個電子，氫原子最外層不1個電子，要形成穩定結構，分子中有四個N-H鍵和一個N-N鍵，所以肼的結構式為，
故答案為：；
（2）左端為負極，在堿性電解質中失去電子生成氮氣和水，電極反應為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
（3）由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
根據蓋斯定律可知②×2-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
△H=（-534.0kJ•mol^-1）×2-（-67.7kJ•mol^-1）-（-52.7kJ•mol^-1）=-947.6 kJ•mol^-1，
即熱化學方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ•mol^-1；
（4）在催化劑存在下，尿素和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應生成聯氨，根據質量守恒定律可知另外的物質為氯化鈉和碳酸鈉、水，該反應離子方程式為CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O；
（5）①B是一個氣體壓強不變的容器，所以當反應達到平衡狀態時，混合氣體的顏色和氣囊體積不再改變，
故答案為：B的體積不再減小或氣體顏色不再變化；
②再加入氣體，相當于增大壓強，化學平衡正向移動，二氧化氮的百分含量會減小，
故答案為：變小；
③2NO₂?N₂O₄
初始物質的量：1      0
變化的物質的量：2x     x
平衡物質的量：1-2x     x  
則$\frac{1-2x+x}{1}$=0.8，解得x=0.2mol，所以平均化學反應速率v（NO₂）=$\frac{0.2×2}{at}$mol/（L•s）=$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s），
故答案為：$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）；
④打開K₂，則相當于是在等溫等壓時的平衡，因此平衡時等效的．由于此時反應物的物質的量是B中的二倍，所以打開K₂之前，氣球B體積為（aL+0.4aL）÷2=0.7aL，
故答案為：0.7a．

點評 本題考查了化學平衡的計算和蓋斯定律等知識點，難點是根據等效平衡進行計算，難度較大．