Question

17．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，下列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^-=4H₂O+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5 kJ•mol^-1，②N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2 kJ•mol^-1，则根据盖斯定律可知②×2-①即可得到热化学方程式；
（2）反应中，N₂O₄（l）中N元素化合价从+4价就得到0价，得电子发生还原反应是氧化剂；
（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，升温平衡向吸热反应方向进行；
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；
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；
b、反应过程中，反应热不会变化；
c、根据图象，正反应速率仍然是变化的；
d、四氧化二氮的转化率不变，说明正逆反应速率相等；
④化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关，所以平衡常数K不变；v（NO₂））=$\frac{△c}{△t}$；
（4）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，则肼在负极通入，又因为溶液显碱性，则负极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5 kJ•mol^-1，②N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2 kJ•mol^-1，则根据盖斯定律可知②×2-①即可得到2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9 kJ/mol，
故答案为；2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）反应中，N₂O₄（l）中N元素化合价从+4价就得到0价，得电子发生还原反应，N₂O₄（l）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，正反应速率仍然是变化的，则不能说明达到了平衡状态，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，
故答案为：ad；
④化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关，所以平衡常数K不变；v（NO₂））=$\frac{△c}{△t}$═0.02mol/（L•s），则v（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.01mol/（L•s），
故答案为：0.01；
（4）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，则肼在负极通入，又因为溶液显碱性，则负极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；

点评 本题考查盖斯定律、化学反应速率和化学平衡影响因素分析、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，影响化学平衡的因素分析判断，题目难度中等．