Question

12．肼（N₂H₄）可以用作制药原料，也可用作火箭和喷气发动机的燃料．

（1）在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图1所示，则N₂H₄发生分解反应的化学方程式为：3N₂H₄$\frac{\underline{催化剂}}{△}$N₂+4NH₃；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反应温度（任写一种）．
（2）已知：
反应Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反应Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
①△H₁＞（填“＞”“＜”或“=”）△H₂．
②反应：3N₂H₄（g） 2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H=3△H₁ +2△H₂（用含△H₁、△H₂的代数式表示）．
③在30℃、Ni/Pt催化下，向体积为1L的恒容密闭容器中加入0.1mol N₂H₄，发生反应I．反应在4min时达到平衡，测得容器中$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$与时间的关系如图2所示．则0～4min内氢气的平均速率v（H₂）=0.025mol/L•min，反应的平衡常数K=0.01．
（3）N₂H₄可用于制备燃料电池，其结构如图3所示．
①通入空气的电极为正极（填“正极”或“负极”），该电池的负极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O
②用此电池进行电镀铜，开始时电镀槽中两极质量相等，当两极质量相差1.28g时，消耗N₂H₄的质量为0.16g．

Answer 1

分析 （1）使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，由图1得知：温度越高，肼的百分含量越低，即分解的越快；
（2）①反应Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反应是分解反应属于吸热反应；
②依据盖斯定律和热化学方程式计算得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）的△H；
③反应在4min时达到平衡，比值为3.0，结合化学平衡三行计算列式计算，设分解的肼物质的量浓度为x，
        N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量   0.1       0       0
变化量   x         x       2x
平衡量 0.1-x       x      2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其浓度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，反应速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）①燃料电池是燃料做负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；
②用此电池进行电镀铜，开始时电镀槽中两极质量相等，依据电子守恒和电极反应计算；

解答 解：（1）使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，即肼分解生成氨气，依据元素守恒得知另外一种产物为氮气，故化学反应方程式为：3N₂H₄$\frac{\underline{催化剂}}{△}$N₂+4NH₃，由图1可知，温度越高，肼的体积分数含量越低，故要抑制肼的分解，应降低反应温度，故答案为：3N₂H₄$\frac{\underline{催化剂}}{△}$N₂+4NH₃；降低反应温度；
（2）①反应Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁，反应是分解反应属于吸热反应，△H₁＞0，
故答案为：＞；
②反应Ⅰ：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反应Ⅱ：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
依据盖斯定律和热化学方程式计算，Ⅰ×3+Ⅱ×2得到3N₂H₄（g）?2NH₃（g）+2N₂（g）+3H₂（g）△H=3△H₁ +2△H₂，
故答案为：3△H₁ +2△H₂；
③反应在4min时达到平衡，比值为3.0，结合化学平衡三行计算列式计算，设分解的肼物质的量浓度为x，
       N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）
起始量 0.1       0         0
变化量 x         x        2x
平衡量 0.1-x     x        2x
$\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$等于其浓度之比=$\frac{x+2x}{0.1-x}$=3.0
x=0.05mol/L，
反应速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{2×0.05mol/L}{4min}$=0.025mol/L•min，
平衡常数K=$\frac{（2×0.05）^{2}×0.05}{0.1-0.05}$=0.01，
故答案为：0.025mol/L•min，0.01；
（3）①N₂H₄可用于制备燃料电池，通入空气的电极为原电池的正极，通N₂H₄的电极为原电池负极，碱性介质中的电极反应为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，
故答案为：正极，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
②用此电池进行电镀铜，开始时电镀槽中两极质量相等，当两极质量相差1.28g时，物质的量=$\frac{1.28g}{64g/mol}$=0.02mol，Cu-2e^-=Cu²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，电子转移2mol电子，两个电极质量相差128g，则当两极质量相差1.28g时，即物质的量为0.02mol，电子转移0.02mol，N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，消耗肼的质量=$\frac{0.02}{4}$mol×32g/mol=0.16g，
故答案为：0.16：

点评 本题考查热化学方程书写、化学平衡计算、原电池原理应用等知识点，是对学生综合能力的考查，关键是原电池电解反应、电子守恒的计算，题目难度中等．