Question

12．肼（N₂H₄）廣泛用于火箭推進劑、有機合成及電池燃料．請回答下列問題：
（1）直接肼燃料電池原理如右圖所示，則該電池中負極的電極反應(yīng)式為N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，且電解池的電極均為惰性電極，則陽極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積是1.68 L；
（2）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
試寫出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6kJ•mol^-1
（3）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ•mol^-1．一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡．寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式：$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值將減�。ㄌ钤龃蠡驕p小或不變）； 若其他條件不變時，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是BC（填字母序號）
A．減小NO₂的濃度      B．降低溫度      C．增加NO₂的物質(zhì)的量    D．升高溫度．

Answer 1

分析 （1）利用N元素的化合價變化及負極發(fā)生氧化反應(yīng)判斷負極反應(yīng)原料，然后寫出負極的電極反應(yīng)；根據(jù)電子守恒及溶液中放電離子先后順序計算出陽極生成氣體的物質(zhì)的量及體積；
（2）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，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（3）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式及該反應(yīng)方程式進行解答；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，只要改變條件使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動即可．

解答 解：（1）由原電池可知，肼中N元素的化合價升高，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，則肼為負極，負極生成產(chǎn)物為氮氣和水，則負極反應(yīng)為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，溶液中含有氯離子0.1mol，0.1mol氯離子完全放電轉(zhuǎn)移了0.1mol電子；假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，其中有0.1mol電子用于生成0.05mol氯氣；還有0.1mol電子用于生成氧氣，則生成氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.1mol}{4}$=0.025mol，所以陽極總共生成了：0.05mol+0.025mol=0.075mol氣體，標況下0.625mol氣體的體積為：22.4L/mol×0.075mol=1.68L，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；1.68；
（2）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，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₂×2-△H₁-△H₃=-947.6 kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6 kJ•mol^-1；
（3）一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ•mol^-1為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向著逆向移動，二氧化氮濃度增大，四氧化二氮濃度減小，所以化學(xué)平衡常數(shù)減�。�
該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，可改變反應(yīng)物的濃度、體系的壓強、溫度等，
A、減小N0₂的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯誤；
B．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故B正確；
C．增加N0₂的濃度，相當于體系壓強增大，利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；
D．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$； 減��；BC．

點評 本題為綜合題，涉及化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、蓋斯定律計算反應(yīng)熱及熱化學(xué)方程式的書寫、原電池、影響反應(yīng)速率及平衡的因素、影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)平衡常數(shù)的含義，注意明確化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的濃度無關(guān)．