Question

12．发射航天火箭常用肼（N₂H₄）与N₂O₄作燃料与助燃刹．
（1）已知：2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1
断开1mol下列化学键吸收的能量分别为：N-H：391kJ；N-N：193kJ；N≡N：946kJ；O-H：463kJ．
则使1molN₂O₄（1）分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是1803KJ．
（2）t℃时，将一定量的NO₂（g）和N₂O₄（g）充入一个容积为2L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如表所示：

时间	0	5	10	15	20	25	30
c（X）/mol•L-1	0.2	c	0.6	0.6	1.0	c1	c1
c（Y）/mol•L-1	0.6	c	0.4	0.4	0.4	c2	c2

①c（X）代表NO₂（填化学式）的浓度，该反应的平衡常数K=0.9；
②前10min内用NO₂表示的反应速率为0.04mol/（L•min），20min时改变的条件是增大NO₂的浓度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮）；重新达到平衡时，NO₂的百分含量与原平衡状态相比B（填序号）
A．增大　　　　B．减小　　　　C．不变　　　D．无法判断
（3）肼的性质与氨相似，其水溶液显弱碱性．请用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因：N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-．肼与氧气构成的燃料电池在碱性条件下放电时，生成水与一种无污染的气体．放电时，该电池负极的电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂．
（4）已知在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅Cl的水解程度．常温下，若将0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol•L^-1HCl溶液等体积混合，则溶液中N₂H₅⁺、Cl^-、OH^-、H⁺离子浓度由大到小的顺序为c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总键能，根据2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1计算；
（2）①X、Y的起始浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，前10min内，X浓度增大了0.4mol/L、Y的浓度减小0.2mol/L，由于NO₂、N₂O₄与按物质的量2：1反应，则X为NO₂、Y为N₂O₄；平衡常数K=$\frac{{C}^{2}（N{O}_{2}）}{C（{N}_{2}{O}_{4}）}$，代入物质的浓度计算；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；20min时，Y（N₂O₄）的浓度不变，X（NO₂）的浓度增大，改变的条件应是增大NO₂的浓度，等效为增大压强，平衡向生成N₂O₄的向逆反应进行，减少2molNO₂的同时混合气体总物质的量减小1mol，则混合气体中NO₂的百分含量减小；
（3）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子；肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子；
（4）若将0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol•L^-1HCl溶液等体积混合，得到物质的浓度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以离子浓度大小为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），由此解答．

解答 解：（1）设1mol N₂O₄（1）完全分解成相应的原子时需要吸收的能量QKJ，2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（1）△H=-1225kJ•mol^-1，则：
193kJ/mol×2+391kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-463kJ/mol×8=-1225 kJ/mol，解得Q=1803，
故答案为：1803kJ；
（2）①化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，X、Y的起始浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，10min时到达平衡，X浓度增大了0.4mol/L、Y的浓度减小0.2mol/L，由于NO₂、N₂O₄与按物质的量2：1反应，则X为NO₂、Y为N₂O₄，平衡常数K=$\frac{{C}^{2}（N{O}_{2}）}{C（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.4}$=0.9，
故答案为：NO₂；0.9；
②v（NO₂）=$\frac{0.6mol/L-0.2mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min）；20min时，Y（N₂O₄）的浓度不变，X（NO₂）的浓度增大，改变的条件应是增大NO₂的浓度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮），等效为增大压强，平衡向生成N₂O₄的向逆反应进行，减少2molNO₂的同时混合气体总物质的量减小1mol，则混合气体中NO₂的百分含量减小，
故答案为：0.04mol/（L•min）；增大NO₂的浓度（或向容器中加入0.8mol二氧化氮）；B；
（3）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子，电离方程式为N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-，肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：N₂H₄+H₂O?N₂H⁺₅+OH^-；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；
（4）若将0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol•L^-1HCl溶液等体积混合，得到物质的浓度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以离子浓度大小为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查反应热的计算、化学平衡常数的计算、化学平衡影响移动、电化学知识、溶液中离子浓度的比较等，是对学生综合能力的考查，电极反应式的书写，明确各个电极上发生的反应是解答关键，离子浓度大小比较注意相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，题目难度中等．