Question

(1)火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。

①用肼(N₂H₄)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。

已知： N₂(g)＋2O₂(g)===N₂O₄(g)    ΔH＝＋10.7 kJ·mol^－1

N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋2H₂O(g)    ΔH＝－543  kJ·mol^－1

写出气态肼和N₂O₄反应生成氮气和气态水的热化学方程式：________________________。

②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮。试推断出二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件(或措施)： ____________________。

(2)在0.5L恒容密闭容器中，一定量的N₂与H₂进行反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H=bkJ•mol^﹣1，其化学平衡常数K值和温度的关系如下：

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

写出该反应的化学平衡常数的表达式：          ，b        0(填“大于”、“小于”或“等于”)

②400℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，此时刻该反应的v_正(N₂)        v_逆(N₂)(填“大于”、“小于”或“等于”)

(3)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2－离子(O₂＋4e^－===2O^2－)。

①c电极的名称为________，d电极上的电极反应式为______________________。

②如图2所示为用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L^－1CuSO₄溶液，a电极上的电极反应式为___________________。若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝__________(不考虑溶液体积变化) 。

Answer

(1)①2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1 (2分)

②高压、低温(或加压、降温) (2分)

(2)①K= (2分) 小于(1分) ②小于(1分)

(3)①正极(1分)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O(2分)

②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2分) 1(2分)

【解析】

试题分析：(1)①a、N2(g)+2O2(g)=N2O4(g)△H=10.7kJ•mol-1；b、N2H4(g)+O2 (g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-543kJ•mol-1

依据盖斯定律b×2-a得到 2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1096.7KJ/mol；

②四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮，由二氧化氮制取四氧化二氮，2NO2=N2O4，反应是放热反应，反应前后气体体积减小所以反应条件为：增大压强、降温都有利于反应正向进行；

(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=bkJ•mol-1，平衡常数K=，由表中数据可知：平衡常数随温度升高而减小，说明升高温度，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，故正反应为放热反应，故b小于0；

②400°C N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的K=0.5，400℃时，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，浓度分别为3/0.5=6mol/L，2/0.5=4mol/L，1/0.5=2mol/L，Qc==1.1＞K，说明平衡逆向进行，v正(N2)＜v逆(N2)；

(3)①图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极甲烷是电子发生还原反应，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2-离子，结合电子守恒写出电极反应为：CH4+4O2-=CO2+2H2O+8e-；

②如图2所示电解100mL0.5mol•L-1CuSO4溶液，发生的电解池反应为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，与电源正极相连的为阳极，溶液中 氢氧根离子是电子发生氧化反应，电极反应为：4OH-=2H2O+O2↑+4e-；若a电极产生56mL(标准状况)气体为氧气，物质的量为0.0025mol，消耗氢氧根离子物质的量为0.01mol，溶液中生成氢离子物质的量为0.01mol，c(H+)=0.01mol÷0.1L=0.1mol/L，PH=-lg0.1=1。

考点：考查电极反应式的书写、平衡常数的计算和化学平衡移动原理、盖斯定律的应用。