Question

【題目】(1)火箭的第一、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)中，所用的燃料為偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼來(lái)制備。

①用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化劑，兩者反應(yīng)生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)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

寫出氣態(tài)肼和N2O4反應(yīng)生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式：________________________。

②已知四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮。試推斷出二氧化氮制取四氧化二氮的反應(yīng)條件(或措施)： ____________________。

(2)在0.5L恒容密閉容器中，一定量的N2與H2進(jìn)行反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=bkJmol﹣1，其化學(xué)平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式： ，b 0(填“大于”、“小于”或“等于”)

②400℃時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻氨氣、氮?dú)狻�氫氣的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol時(shí)，此時(shí)刻該反應(yīng)的v正(N2) v逆(N2)(填“大于”、“小于”或“等于”)

(3)科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽(yáng)極生成的O2－離子(O2＋4e－===2O2－)。

①c電極的名稱為_(kāi)_______，d電極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________。

②如圖2所示為用惰性電極電解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________。若a電極產(chǎn)生56 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，則所得溶液的pH＝__________(不考慮溶液體積變化) 。

Answer 1

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

②高壓、低溫(或加壓、降溫) (2分)

(2)①K= (2分) 小于(1分) ②小于(1分)

(3)①正極(1分)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O(2分)

②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2分) 1(2分)

【解析】

試題分析：(1)①a、N2(g)+2O2(g)=N2O4(g)△H=10.7kJmol-1；b、N2H4(g)+O2 (g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-543kJmol-1

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

②四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮，由二氧化氮制取四氧化二氮，2NO2=N2O4，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小所以反應(yīng)條件為：增大壓強(qiáng)、降溫都有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；

(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=bkJmol-1，平衡常數(shù)K=，由表中數(shù)據(jù)可知：平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故b小于0；

②400°C N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的K=0.5，400℃時(shí)，測(cè)得氨氣、氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol時(shí)，濃度分別為3/0.5=6mol/L，2/0.5=4mol/L，1/0.5=2mol/L，Qc==1.1＞K，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，v正(N2)＜v逆(N2)；

(3)①圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負(fù)極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負(fù)極甲烷是電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽(yáng)極生成的O2-離子，結(jié)合電子守恒寫出電極反應(yīng)為：CH4+4O2-=CO2+2H2O+8e-；

②如圖2所示電解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽(yáng)極，溶液中 氫氧根離子是電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4OH-=2H2O+O2↑+4e-；若a電極產(chǎn)生56mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體為氧氣，物質(zhì)的量為0.0025mol，消耗氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，c(H+)=0.01mol÷0.1L=0.1mol/L，PH=-lg0.1=1。