Question

8．肼可作为火箭发动机的燃料，与N₂O₄反应生成N₂和水蒸气．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ•mol^-1
②N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1
（1）写出肼和N₂O₄反应的热化学方程式2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）上述反应中氧化剂是N₂O₄．
（3）火箭残骸中常现红棕色气体，当温度升高时，气体颜色变深，原因是存在如下反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）
①上述反应的△H＞0（选填“＞”或“＜”）．
②保持温度和体积不变向上述平衡体系中再充入一定量的N₂O₄，再次达到平衡时，混合气体中NO₂的体积分数减小（填“增大”、“减小”或“不变”），混合气体的颜色变深（填“变深”或“变浅”）．
③一定温度下，将1mol N₂O₄充入一恒压密闭容器中发生上述反应，如图示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是ad．

④若在相同温度下，上述反应改在体积为10L的恒容密闭容器中进行，反应3s后NO₂的物质的量为0.6mol，则0～3s内的平均反应速率v（N₂O₄）=0.01 mol•L^-1•s^-1．
（4）肼-空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，②×2-①可得目标热化学方程式；
（2）根据（1）中反应的化合价的变化判断，元素化合价降低的物质被还原，是氧化剂；
（3）①升高温度，平衡向吸热反应方向移动；
②保持温度和体积不变向上述平衡体系中再充入一定量的N₂O₄，相对于成比例增大反应物，即增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，但二氧化氮的浓度一定增大；
③根据达到平衡状态，各组分浓度不变，正逆反应速率相等进行判断；
④根据v（NO₂）=$\frac{△c}{△t}$计算NO₂的化学反应速率，再根据同一反应中、同一时间段内反应速率之比等于计量数之比计算v（N₂O₄）．
（4）从作为燃料电池时，负极发生氧化反应的角度可知N₂H₄被氧化生成N₂．

解答 解：（1）肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N₂H₄反应生成N₂和水蒸气，将方程式②×2-①得肼和N₂H₄ 反应的热化学方程式，2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）根据（1）中反应2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）可知，N₂O₄中的氮元素从+4价变为0价，所以N₂O₄是氧化剂，
故答案为：N₂O₄；
（3）①升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，当温度升高时，气体颜色变深，平衡向正反应方向移动，所以正反应是吸热反应即△H＞0，
故答案为：＞；
②保持温度和体积不变向上述平衡体系中再充入一定量的N₂O₄，相对于成比例增大反应物，即增大压强平衡向气体体积减小的方向移动即逆反应方向，所以NO₂的体积分数减小，但二氧化氮的浓度仍然增大，则混合气体的颜色变深，
故答案为：减小；变深；
③a、反应方程式两边气体的质量不相等，密度不变，说明达到了平衡状态，故a正确；
b、反应过程中，反应热不会变化，不是变量，无法判断是否达到平衡状态，故b错误；
c、根据图象，正反应速率还在减小，则说明未达到平衡状态，故c错误；
d、四氧化二氮的转化率不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故d正确；
故选ad；
④v（NO₂）=v（NO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.6mol}{10L}}{3s}$=0.02mol/L•s，则v（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.01mol/（L•s），故答案为：0.01；
（4）肼一空气燃料碱性电池中，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．

点评 本题考查盖斯定律、电极反应式的书写等知识点，这些都是高考的热点，注意电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，难度较大．