Question

11．“神七”登天譜寫(xiě)了我國(guó)航天事業(yè)的新篇章．火箭升空需要高能的燃料，通常用肼（N₂H₄）作為燃料，N₂O₄做氧化劑．
（1）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：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上可用次氯酸鈉與過(guò)量的氨反應(yīng)制備肼，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（3）一定條件下，在2L密閉容器中起始投入2mol NH₃和4mol O₂發(fā)生反應(yīng)：
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0
測(cè)得平衡時(shí)數(shù)據(jù)如下：

平衡時(shí)物質(zhì)的量（mol）	n（NO）	n（H2O）
溫度T1	1.6	2.4
溫度T2	1.2	1.8

①在溫度T₁下，若經(jīng)過(guò)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（NH₃）=0.08mol•L^-1•min^-1．
②溫度T₁和T₂的大小關(guān)系是T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO═2C+O₂（△H＞0）來(lái)消除CO的污染．請(qǐng)你判斷上述反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行并說(shuō)明理由不能，因?yàn)樵摲磻?yīng)的△H＞0，△S＜O．
（5）圖是某空間站能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的局部示意圖，其中燃料電池采用KOH溶液為電解液．

如果某段時(shí)間內(nèi)氫氧儲(chǔ)罐中共收集到33.6L氣體（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），則該段時(shí)間內(nèi)水電解系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，
由蓋斯定律：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.0kJ•mol^-1
③2NO₂（g）N₂O₄（g）△H₃=-52.7kJ•mol^-1
②×2-①-③得到；
（2）次氯酸鈉與過(guò)量的氨反應(yīng)制備肼，依據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合原子守恒寫(xiě)出化學(xué)方程式；
（3）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
②反應(yīng)在T₂時(shí)生成物的平衡濃度減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，逆向是吸熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理判斷，T₁＜T₂；
（4）2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該裝置的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)依據(jù)電子守恒總反應(yīng)減去陽(yáng)極反應(yīng)得到；依據(jù)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
（5）依據(jù)電解水的化學(xué)方程式，依據(jù)電子守恒結(jié)合電極產(chǎn)物分析計(jì)算；

解答 解：（1）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
依據(jù)蓋斯定律②-（①+③）得到2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1；
（2）次氯酸鈉與過(guò)量的氨反應(yīng)制備肼氨氣被氧化為肼，本身被還原為氯離子，結(jié)合原子守恒配平寫(xiě)出化學(xué)方程式為：NaClO+2NH₃═N₂H₄+NaCl+H₂O；
故答案為：NaClO+2NH₃═N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①
              4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）
起始量（mol）  2         4         0        0
變化量（mol） 1.6        2        1.6      2.4
平衡量（mol） 0.4         2       1.6      2.4
在T₁時(shí)，若經(jīng)過(guò)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（NH₃）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{10min}$=0.08mol•L^-1•min^-1；
故答案：0.08 mol•L^-1•min^-1；　
②反應(yīng)在T₂時(shí)生成物的平衡濃度減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，逆向是吸熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理判斷，T₁＜T₂；
故答案為：＜；
（4）2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該裝置的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)依據(jù)電子守恒總反應(yīng)減去陽(yáng)極反應(yīng)得到：2CO₂+4e^-+2H₂O═2CO+4OH^-（或CO₂+2e^-+H₂O═CO+2OH^-）；2CO═2C+O₂ △H＞0△S＜0，△H-T△S＞0，反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O═2CO+4OH^-（或CO₂+2e^-+H₂O═CO+2OH^-）；不能，因?yàn)樵摲磻?yīng)的△S＜0；
（5）氫氧儲(chǔ)罐中共收集到33.6L氣體（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）物質(zhì)的量=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，發(fā)生的反應(yīng)為2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，氫氣物質(zhì)的量=$\frac{2}{3}$×1.5mol=1mol，氧氣物質(zhì)的量為0.5mol，則該段時(shí)間內(nèi)水電解系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol；
故答案為：2；

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，反應(yīng)速率的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)方法，電解過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．