Question

偏二甲肼與N₂O₄是常用的火箭推進(jìn)劑，二者發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：
（CH₃）₂NNH₂（l）+2N₂O₄（1）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（g）�。↖）
（1）反應(yīng)（I）中氧化劑是

 

．
（2）火箭殘骸中�，F(xiàn)紅棕色氣體，原因為：N₂O₄（g）═2NO₂（g） （Ⅱ）
當(dāng)溫度升高時，氣體顏色變深，則反應(yīng)（Ⅱ）為

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（3）一定溫度下，反應(yīng)（Ⅱ）的焓變?yōu)椤鱄．現(xiàn)將1molN₂O₄充入一恒壓密閉容器中，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．

若在相同溫度下，上述反應(yīng)改在體積為1L的恒容密閉容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“不變”或“減小”），反應(yīng)3s后NO₂的物質(zhì)的量為0.6mol，則0～3s的平均反應(yīng)速率v（N₂O₄）=

 

mol?L^-1?s^-1．
（4）硝酸廠的尾氣中含NO₂和NO，直接排放將污染空氣．目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，反應(yīng)機(jī)理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：

 

．
（5）氨氣在純氧中燃燒，也可生成上述反應(yīng)（I）產(chǎn)物中的兩種．科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是

 

（填“正極”或“負(fù)極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

分析：（1）在氧化還原反應(yīng)中化合價降低的反應(yīng)物是氧化劑；
（2）升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；
（3）根據(jù)達(dá)到平衡狀態(tài)，各組分濃度不變，正逆反應(yīng)速率相等進(jìn)行判斷；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)；根據(jù)v（NO₂）=

△c

△t

計算NO₂的化學(xué)反應(yīng)速率，再根據(jù)同一反應(yīng)中、同一時間段內(nèi)反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比計算v（N₂O₄）；
（4）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)燃料電池中，燃料做負(fù)極，氧氣作正極，負(fù)極的電極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極的電極反應(yīng)．

解答：解：（1）反應(yīng)（Ⅰ）中，N₂O₄（l）中N元素得電子化合價降低，N₂O₄（l）是氧化劑，（CH₃）₂NNH₂（l）中碳元素化合價升高，是還原劑，
故答案為：N₂O₄；
（2）升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，當(dāng)溫度升高時，氣體顏色變深，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
故答案為：吸熱；
（3）a、反應(yīng)方程式兩邊氣體的質(zhì)量不相等，密度不變，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a正確；
b、反應(yīng)過程中，反應(yīng)熱不會變化，不是變量，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c、根據(jù)反應(yīng)速率大小，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故c錯誤；
d、四氧化二氮的轉(zhuǎn)化率不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
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)，所以平衡常數(shù)K不變；
v（NO₂）=v（NO₂）=

△c

△t

=

0.6mol 1L

3s

=0.2mol/L?s，則v（N₂O₄）=

1

2

v（NO₂）=0.1mol/（L?s）；
故答案為：ad；不變；0.1；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1，
甲烷直接將NO₂還原為N₂的化學(xué)方程式：CH₄+2NO₂=CO₂+N₂，可以由

1

2

（①+②）得到，
所以甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol；
（5）燃料電池中，燃料做負(fù)極，則通入氨氣的電極是負(fù)極，堿性條件下，總反應(yīng)：4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O，正極的電極反應(yīng)：3O₂↑+6H₂O+12e^-=12OH^-，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O，
故答案為：負(fù)極；4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O．

點評：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法、明確化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)及計量數(shù)成正比，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．