Question

11．请回答下列问题：
（1）火箭燃料液态偏二甲肼（C₂H₈N₂）是用液态N₂O₄作氧化剂，二者反应放出大量的热，生成无毒、无污染的气体和水．已知室温下，1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，则该反应的热化学方程式为C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ•mol^-1．
（2）298K时，在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-a kJ•mol^-1 （a＞0）．N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图1．达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，回答下列问题：

①298k时，该反应的平衡常数为6.67L•mol^-1（精确到0.01）．
②下列情况不是处于平衡状态的是a：
a．混合气体的密度保持不变；b．混合气体的颜色不再变化； c．气压恒定时．
③若反应在398K进行，某时刻测得n（NO₂）=0.6mol  n（N₂O₄）=1.2mol，则此时V_（正）＜V_（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）工业上“除钙、镁”的原理反应为：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄；CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中 $\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．现用图2装置模拟上述过程，则：Co²⁺在阳极的电极反应式为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
除去甲醇的离子方程式为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）先求出偏二甲肼的物质的量，再根据物质的量之比等于热量比求出反应热，然后写出热化学方程式；
（2）①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，带入平衡常数表达式计算；
②a、气体的质量不变，容积恒定，因此气体的密度为一定值；
b、混合气体的颜色不变说明NO₂的浓度保持恒定；
c、反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）气压恒定时，正、逆反应速率相等；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，计算可知此时的浓度商Q=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
（3）依据题给的信息得知CaF₂和MgF₂的溶度积分别是钙离子的浓度与氟离子浓度的平方和镁离子的浓度与氟离子浓度的平方，故据此转化为求两者的溶度积之比即可；
（4）通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答 解：（1）1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，则1mol偏二甲肼完全燃烧释放出的能量为42.5kJ×60=2550kJ，其热化学方程式为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol，
故答案为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ•mol^-1；
（2）①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，则K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol，
故答案为：6.67；
②a、反应物和生成物全是气态物质，气体的质量不变，容积为2L保持恒定，由ρ=$\frac{m}{V}$可知气体的密度为一定值，因此气体的密度保持不变不一定处于平衡状态，故a选；
b、混合气体的颜色不变说明NO₂的浓度不变，说明反应处于化学平衡状态，故b不选；
c、反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一个气体体积减小的反应，气压恒定时，正、逆反应速率相等，说明反应处于化学平衡状态，故c不选；
故答案为：a；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，密闭容器的体积为2L，因此的N₂O₄的浓度为0.6mol/L，NO₂的浓度为0.3mol/L，浓度商Q=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol=6.67L/mol=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
故答案为：＜；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{a}^{2+}）c（{F}^{-}）}{c（M{g}^{2+}）c（{F}^{-}）}$=$\frac{1.11×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，故答案为：1.5；
（4）通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

点评 本题考查知识点全面，涉及热化学方程式的书写、平衡常数的计算、平衡的移动、电化学的原理和离子方程式的书写等知识，属于综合知识的考查，题目难度中等．