Question

9．發射航天火箭常用肼（N₂H₄）與N₂O₄作燃料與助燃劑．

（1）肼易溶于水，性質與氨相似，用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-．
（2）肼（N₂H₄）與N₂O₄的反應為：2N₂H₄ （1）+N₂O₄ （1）=3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1
已知反應相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	N-H	N-N	N≡N	O-H
E/（kJ•mol-1）	390	190	946	460

則使1mol N₂O₄ （1）分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是1793kJ
（3）N₂O₄與NO₂之間存在反應N₂O₄（g）═2NO₂（g）．將一定量的N₂O₄放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率[α（N₂O₄）]隨溫度變化如圖1所示．
①由圖推測該反應△H＞0（填“＞”或“＜”），理由為溫度升高，α（N₂O₄）增加，說明平衡右移，該反應為吸熱反應，△H＞0，若要提高N₂O₄的轉化率，除改變反應溫度外，其他措施有減小體系壓強（或移出NO₂等）（要求寫出一條）．
②圖中a點對應溫度下，已知N₂O₄的起始壓強p₀為108kPa，列式計算該溫度下反應的平衡常數K_p=115.2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．
③在一定條件下，該反應N₂O₄、NO₂的消耗速率與自身壓強間存在關系：υ（N₂O₄）=k₁p（N₂O₄），υ（NO₂）=k₂p²（NO₂），其中k_l、k₂是與反應溫度有關的常數．相應的速率一壓強關系如圖2所示，一定溫度下，k_l、k₂與平衡常數K_p的關系是k_l=$\frac{1}{2}$K₂．K_p，在圖標出的點中，能表示反應達到平衡狀態的點為B點與D點，理由是滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．

Answer 1

分析 （1）N₂H₄結合H₂O電離的氫離子使溶液呈堿性；
（2）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（3）①升高溫度平衡向吸熱方向移動；減小體系壓強、移出NO₂都使平衡正向移動；
②化學平衡常數K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$；
③化學平衡常數Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），二者的反應速率之比等于其計量數之比；滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點．

解答 解：（1）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^-，
故答案為：N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-；
（2）設1mol N₂O₄（1）完全分解成相應的原子時需要吸收的能量QKJ，則：
190kJ/mol×2+390kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-460kJ/mol×8=-1225 kJ/mol，
解得Q=1793，
故答案為：1793kJ；
（3）①根據圖知，升高溫度轉化率增大，升高溫度平衡向吸熱方向移動，則正反應是吸熱反應，若要提高N₂O₄轉化率，除改變反應溫度外，其他措施有減小體系壓強、移出NO₂，
故答案為：＞；  溫度升高，α（N₂O₄）增加，說明平衡右移，該反應為吸熱反應，△H＞0；減小體系壓強（或移出NO₂等）；
②四氧化二氮的轉化率是0.4，設原來四氧化二的物質的量為xmol，轉化的物質的量為0.8xmol，則混合氣體的物質的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，所以反應后壓強=$\frac{108KPa}{xmol}$=151.2KPa，
四氧化二氮的分壓=151.2KPa×$\frac{0.6xmol}{1.4xmol}$=64.8KPa，
二氧化氮的分壓=151.2KPa×$\frac{0.8xmol}{1.4xmol}$=86.4KPa，
化學平衡常數K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$=$\frac{86．{4}^{2}}{64.8}$=115.2，
故答案為：115.2；
③化學平衡常數Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），二者的反應速率之比等于其計量數之比，
所以υ（NO₂）：υ（N₂O₄）=k₂[p（NO₂）]²：k₁•p（N₂O₄）=2：1，
化學平衡常數Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），
則K₁=$\frac{1}{2}$K₂．K_p，
滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點，BD點的壓強之比等于其反應速率之比為1：2，所以BD為平衡點，
故答案為：$\frac{1}{2}$K₂．K_p；B點與D點；滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡影響移動、反應熱計算等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．