Question

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) ΔH₁＝－19.5 kJ·mol^－1

②N₂H₄(l)+O₂(g) ＝ N₂(g)+2H₂O(g) ΔH₂＝－534.2 kJ·mol^－1

（1）写出肼和N₂O₄反应的热化学方程式_________________________________；

（2）上述反应中氧化剂是              。

（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ΔH         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       （填“增大”、“ 减小”或“不变”），混合气体的颜色       （填“变深”或“变浅”）。

③一定温度下，将1 mol 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           。

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）=_______ 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______。

Answer

（1）2N2H4(l)+N2O4(l) ＝3N2(g)+4H2O(g) ΔH＝－1048.9 kJ/mol（2分）（2）N2O4（1分）

（3）①＞（1分） ②减小（2分） 变深（2分） ③ad（2分） ④ 0.01（2分）

（4）N2H4+4OH－－4e－＝4H2O+N2↑（2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：①N2(g)+2O2(g) ＝N2O4(l) ΔH1＝－19.5 kJ·mol－1，②N2H4(l)+O2(g) ＝ N2(g)+2H2O(g) ΔH2＝－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) ΔH＝－1048.9 kJ/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。

（2）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；

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，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，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，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，d正确，答案选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））=△c/△t==0.02mol/(L•s)，则v（N2O4）=1/2v（NO2）=0.01mol/（L•s）。

（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↑。

【考点定位】本题主要是考查了盖斯定律、化学平衡状态的判断、化学反应速率的计算、原电池原理应用等等知识，

【名师点晴】可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。