Question

12．肼（N₂H₄）广泛用于火箭推进剂、有机合成及电池燃料．请回答下列问题：
（1）直接肼燃料电池原理如右图所示，则该电池中负极的电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．用此电池作电源电解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，假如电路中转移了0.20mol电子，且电解池的电极均为惰性电极，则阳极产生的气体在标准状况下的体积是1.68 L；
（2）火箭常用N₂O₄作氧化剂，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
试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6kJ•mol^-1
（3）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ•mol^-1．一定温度下，一定体积的密闭容器中充入NO₂进行反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）达到平衡．写出该反应的平衡常数表达式：$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，升高温度，该反应的平衡常数K值将减小（填增大或减小或不变）； 若其他条件不变时，下列措施能提高NO₂转化率的是BC（填字母序号）
A．减小NO₂的浓度      B．降低温度      C．增加NO₂的物质的量    D．升高温度．

Answer 1

分析 （1）利用N元素的化合价变化及负极发生氧化反应判断负极反应原料，然后写出负极的电极反应；根据电子守恒及溶液中放电离子先后顺序计算出阳极生成气体的物质的量及体积；
（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，
利用盖斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（3）根据平衡常数的表达式及该反应方程式进行解答；该反应为放热反应，升高温度后平衡向着逆向移动；该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要提高二氧化氮的转化率，只要改变条件使化学平衡向正反应方向移动即可．

解答 解：（1）由原电池可知，肼中N元素的化合价升高，负极发生氧化反应，则肼为负极，负极生成产物为氮气和水，则负极反应为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
用此电池作电源电解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，溶液中含有氯离子0.1mol，0.1mol氯离子完全放电转移了0.1mol电子；假如电路中转移了0.20mol电子，其中有0.1mol电子用于生成0.05mol氯气；还有0.1mol电子用于生成氧气，则生成氧气的物质的量为：$\frac{0.1mol}{4}$=0.025mol，所以阳极总共生成了：0.05mol+0.025mol=0.075mol气体，标况下0.625mol气体的体积为：22.4L/mol×0.075mol=1.68L，
故答案为：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，
利用盖斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₂×2-△H₁-△H₃=-947.6 kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6 kJ•mol^-1；
（3）一定温度下，一定体积的密闭容器中充入NO₂进行反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）达到平衡，该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ•mol^-1为放热反应，升高温度，平衡向着逆向移动，二氧化氮浓度增大，四氧化二氮浓度减小，所以化学平衡常数减小；
该反应是反应前后气体体积减小的、放热的可逆反应，要使该反应向正反应方向移动，可改变反应物的浓度、体系的压强、温度等，
A、减小N0₂的浓度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故A错误；
B．降低温度，平衡向正反应方向移动，N0₂的转化率提高，故B正确；
C．增加N0₂的浓度，相当于体系压强增大，利于反应向正反应方向移动，N0₂的转化率提高，故C正确；
D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，N0₂的转化率降低，故D错误；
故答案为：$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$； 减小；BC．

点评 本题为综合题，涉及化学反应方程式的书写、盖斯定律计算反应热及热化学方程式的书写、原电池、影响反应速率及平衡的因素、影响化学平衡的因素及化学平衡常数的含义，注意明确化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关．