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(tài)肼在N₂O₄中燃燒生成氮?dú)夂退�蒸氣的熱化學(xué)方程式為
2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上可用次氯酸鈉與過(guò)量的氨反應(yīng)制備肼，該反應(yīng)的化學(xué)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(fā)生反應(yīng)：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0．測(cè)得平衡時(shí)數(shù)據(jù)如表所示：

物質(zhì) 物質(zhì)的量/mol 溫度/℃	NO	H2O
T1	1.6	2.4
T2	1.2	1.8

①T₁℃時(shí)，若經(jīng)過(guò)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（NH₃）=0.08mol•L^-1•min^-1，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.2．
②T₁＜ T₂ （填“＞”、“＜”或“=”）．
③下列措施中，既能提高NH₃的轉(zhuǎn)化率，又能加快反應(yīng)速率的是d（填選項(xiàng)字母）．
a．升高溫度  b．降低溫度  c．?dāng)U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(tài)系統(tǒng)中，可利用電化學(xué)裝置發(fā)生反應(yīng)“2CO₂═2CO+O₂”分解除去CO₂并提供充足的O₂．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，則陰極反應(yīng)式為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)“2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0”來(lái)消除CO的污染，請(qǐng)判斷上述設(shè)計(jì)是否合理否（填“是”或“否”），理由是該反應(yīng)為△H＞0、△S＜0的反應(yīng)，不能自發(fā)進(jìn)行．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所得熱化學(xué)方程式；
（2）次氯酸鈉與過(guò)量的氨反應(yīng)制備肼，生成氯化鈉和水；結(jié)合原子守恒配平書寫得到化學(xué)方程式；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數(shù)$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
②結(jié)合圖表數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，利用平衡常數(shù)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(zhuǎn)化率，又能加快反應(yīng)速率的措施是根據(jù)平衡移動(dòng)原理和影響反應(yīng)速率因素分析選項(xiàng)判斷；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式；根據(jù)△G的大小判斷反應(yīng)能否進(jìn)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(jù)蓋斯定律計(jì)算②×2-①-③得到氣態(tài)肼在N₂O₄中燃燒生成氮?dú)夂退�蒸氣的熱化學(xué)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(guò)量的氨反應(yīng)制備肼，生成氯化鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O，故答案為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O；
（3）①T₁時(shí)，向2L密閉容器中充入3.2molNH₃和4.4molO₂，發(fā)生反應(yīng)：
                  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(shí)，若經(jīng)過(guò)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（NH₃）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08 mol•L^-1•min^-1，平衡常數(shù)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(shí)，向2L密閉容器中充入3.2molNH₃和4.4molO₂，發(fā)生反應(yīng)：
             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(yīng)逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，T₂＞T₁；
故答案為：＜；
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0，既能提高NH₃的轉(zhuǎn)化率，又能加快反應(yīng)速率的措施是根據(jù)平衡移動(dòng)原理和影響反應(yīng)速率因素分析選項(xiàng)判斷；
a、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，故a不符合； 
b、降低溫度平衡正向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)速率減小，故b不符合；
c、擴(kuò)大容器體積壓強(qiáng)減小，平衡正向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)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(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)速率增大，故d符合；
故答案為：d；
（4）依據(jù)總反應(yīng)2CO₂=2CO+O₂，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，反應(yīng)2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T•△S＞0，反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；否；該反應(yīng)為△H＞0、△S＜0的反應(yīng)，不能自發(fā)進(jìn)行．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)以及電化學(xué)等知識(shí)，題目難度中等，注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡移動(dòng)方向的判斷．