Question

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式為

 

．用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉移了0.20mol電子，且電解池的電極均為惰性電極，則陽極產生的氣體在標準狀況下的體積是

 

 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)水的熱化學方程式：

 

．
（3）肼的水合物（水合肼，N₂H₄?2H₂O）是一種強還原劑，某文獻報道用Fe-Al復合催化劑催化水合肼可選擇還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，某次實驗部分記錄如下：

實驗Ⅰ：催化劑用量與配比對催化 活性影響				實驗Ⅱ：水合肼用量對反應時間的影響			實驗Ⅲ：反應溫度對反應時間的影響
序號	m（Fe3+） /g	m（Al3+） /g	100%轉化 消耗時間/min	序號	n（對氯硝基苯）：n（水合肼）	反應時間/min	序號	反應溫度/℃	反應時間/min	轉化率%
①	5	5	70	①	1：1.5	110	①	78	70	89
②	10	不加	110	②	1：1.8	110	②	75	60	91
③	10	0.8	60	③	1：2.0	40	③	70	40	100
④	10	1	40	④	1：2.2	30	④	65	110	95
⑤	20	1	70	/	/	/	⑤	60	110	88

請分別從實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組合出最佳條件依次為

 

（選用序號①②③④⑤）．
（4）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：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡．寫出該反應的平衡常數表達式：

 

，升高溫度，該反應的平衡常數K值將

 

（填增大或減小或不變）； 若其他條件不變時，下列措施能提高NO₂轉化率的是

 

（填字母序號）
A．減小NO₂的濃度      B．降低溫度      C．增加NO₂的物質的量    D．升高溫度．

Answer 1

考點：化學電源新型電池,熱化學方程式,化學平衡建立的過程,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用N元素的化合價變化及負極發(fā)生氧化反應判斷負極反應原料，然后寫出負極的電極反應；根據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）用Fe-Al復合催化劑催化水合肼可選擇性還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，實驗I中④的時間最少，實驗Ⅱ中④的時間最少，實驗Ⅲ中轉化率最大；
（4）根據平衡常數的表達式及該反應方程式進行解答；該反應為放熱反應，升高溫度后平衡向著逆向移動；該反應是反應前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應，要提高二氧化氮的轉化率，只要改變條件使化學平衡向正反應方向移動即可．

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，則肼為負極，負極生成產物為氮氣和水，則負極反應為：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氯離子完全放電轉移了0.1mol電子；假如電路中轉移了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，則生成氧氣的物質的量為：

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）用Fe-Al復合催化劑催化水合肼可選擇性還原對氯硝基苯制備對氯苯胺，由實驗數據可知實驗I中④的時間最少，實驗Ⅱ中④的時間最少，實驗Ⅲ中③轉化率最大，則最佳條件為④④③，
故答案為：④、④、③；
（4）一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進行反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達到平衡，該反應的平衡常數表達式為：K=

c(N2O4)

c2(NO2)

；
反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ?mol^-1為放熱反應，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，所以化學平衡常數減小；
該反應是反應前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應，要使該反應向正反應方向移動，可改變反應物的濃度、體系的壓強、溫度等，
A、減小N0₂的濃度，平衡向逆反應方向移動，N0₂的轉化率降低，故A錯誤；
B．降低溫度，平衡向正反應方向移動，N0₂的轉化率提高，故B正確；
C．增加N0₂的濃度，相當于體系壓強增大，利于反應向正反應方向移動，N0₂的轉化率提高，故C正確；
D．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，N0₂的轉化率降低，故D錯誤；
故答案為：

c(N2O4)

c2(NO2)

； 減小；BC．

點評：本題為綜合題，涉及化學反應方程式的書寫、蓋斯定律計算反應熱及熱化學方程式的書寫、原電池、影響反應速率及平衡的因素、影響化學平衡的因素及化學平衡常數的含義，注意明確化學平衡常數只與溫度有關，與物質的濃度無關．