Question

肼（N₂H₄）廣泛用于火箭推進(jìn)劑、有機(jī)合成及電池燃料．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）直接肼燃料電池原理如右圖所示，則該電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，且電解池的電極均為惰性電極，則陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是

 

 L；
（2）火箭常用N₂O₄作氧化劑，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
試寫(xiě)出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

．
（3）肼的水合物（水合肼，N₂H₄?2H₂O）是一種強(qiáng)還原劑，某文獻(xiàn)報(bào)道用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇還原對(duì)氯硝基苯制備對(duì)氯苯胺，某次實(shí)驗(yàn)部分記錄如下：

實(shí)驗(yàn)Ⅰ：催化劑用量與配比對(duì)催化 活性影響				實(shí)驗(yàn)Ⅱ：水合肼用量對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響			實(shí)驗(yàn)Ⅲ：反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響
序號(hào)	m（Fe3+） /g	m（Al3+） /g	100%轉(zhuǎn)化 消耗時(shí)間/min	序號(hào)	n（對(duì)氯硝基苯）：n（水合肼）	反應(yīng)時(shí)間/min	序號(hào)	反應(yīng)溫度/℃	反應(yīng)時(shí)間/min	轉(zhuǎn)化率%
①	5	5	70	①	1：1.5	110	①	78	70	89
②	10	不加	110	②	1：1.8	110	②	75	60	91
③	10	0.8	60	③	1：2.0	40	③	70	40	100
④	10	1	40	④	1：2.2	30	④	65	110	95
⑤	20	1	70	/	/	/	⑤	60	110	88

請(qǐng)分別從實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組合出最佳條件依次為

 

（選用序號(hào)①②③④⑤）．
（4）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ?mol^-1．一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進(jìn)行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達(dá)到平衡．寫(xiě)出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：

 

，升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值將

 

（填增大或減小或不變）； 若其他條件不變時(shí)，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是

 

（填字母序號(hào)）
A．減小NO₂的濃度      B．降低溫度      C．增加NO₂的物質(zhì)的量    D．升高溫度．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用N元素的化合價(jià)變化及負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)判斷負(fù)極反應(yīng)原料，然后寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)；根據(jù)電子守恒及溶液中放電離子先后順序計(jì)算出陽(yáng)極生成氣體的物質(zhì)的量及體積；
（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，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（3）用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇性還原對(duì)氯硝基苯制備對(duì)氯苯胺，實(shí)驗(yàn)I中④的時(shí)間最少，實(shí)驗(yàn)Ⅱ中④的時(shí)間最少，實(shí)驗(yàn)Ⅲ中轉(zhuǎn)化率最大；
（4）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式及該反應(yīng)方程式進(jìn)行解答；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度后平衡向著逆向移動(dòng)；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，只要改變條件使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)即可．

解答： 解：（1）由原電池可知，肼中N元素的化合價(jià)升高，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則肼為負(fù)極，負(fù)極生成產(chǎn)物為氮?dú)夂退�，則負(fù)極反應(yīng)為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
用此電池作電源電解含有0.10mol CuSO₄和0.10mol NaCl的混合溶液100mL，溶液中含有氯離子0.1mol，0.1mol氯離子完全放電轉(zhuǎn)移了0.1mol電子；假如電路中轉(zhuǎn)移了0.20mol電子，其中有0.1mol電子用于生成0.05mol氯氣；還有0.1mol電子用于生成氧氣，則生成氧氣的物質(zhì)的量為：

0.1mol

4

=0.025mol，所以陽(yáng)極總共生成了：0.05mol+0.025mol=0.075mol氣體，標(biāo)況下0.625mol氣體的體積為：22.4L/mol×0.075mol=1.68L，
故答案為：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，
利用蓋斯定律可知，②×2-③-①得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=△H₂×2-△H₁-△H₃=-947.6 kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-947.6 kJ?mol^-1；
（3）用Fe-Al復(fù)合催化劑催化水合肼可選擇性還原對(duì)氯硝基苯制備對(duì)氯苯胺，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)I中④的時(shí)間最少，實(shí)驗(yàn)Ⅱ中④的時(shí)間最少，實(shí)驗(yàn)Ⅲ中③轉(zhuǎn)化率最大，則最佳條件為④④③，
故答案為：④、④、③；
（4）一定溫度下，一定體積的密閉容器中充入NO₂進(jìn)行反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）達(dá)到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(N2O4)

c2(NO2)

；
反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57.2kJ?mol^-1為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向著逆向移動(dòng)，二氧化氮濃度增大，四氧化二氮濃度減小，所以化學(xué)平衡常數(shù)減小；
該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，要使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可改變反應(yīng)物的濃度、體系的壓強(qiáng)、溫度等，
A、減小N0₂的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故B正確；
C．增加N0₂的濃度，相當(dāng)于體系壓強(qiáng)增大，利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；
D．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N0₂的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
故答案為：

c(N2O4)

c2(NO2)

； 減�。籅C．

點(diǎn)評(píng)：本題為綜合題，涉及化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱及熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、原電池、影響反應(yīng)速率及平衡的因素、影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)平衡常數(shù)的含義，注意明確化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)．