Question

12．發(fā)射航天火箭常用肼（N₂H₄）與N₂O₄作燃料與助燃劑．
（1）肼（N₂H₄）與N₂O₄的反應為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（1）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1225kJ•mol^-1
已知反應相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學鍵	N-H	N-N	N≡N	O-H
E/（kJ•mol-1）	390	190	946	460

則使l mol N₂O₄（1）分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是1793kJ
（2）N₂O₄與NO₂之間存在反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）．將一定量的N₂O₄放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率，[aN₂O₄）]隨溫度變化如圖1所示．
①由圖推測該反應△H＞0（填“＞”或“＜”），若要提高N₂O₄的轉化率，除改變反應溫度外，其它措施有減小體系壓強、移出NO₂（要求寫出一條）．
②圖中a點對應溫度下，已知N₂O₄的起始壓強P₀為108kPa，列式計算該溫度下反應的平衡常數(shù)．K_p=115.2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數(shù)）．
③在一定條件下，該反應N₂O₄、NO₂的消耗速率與自身壓強間存在關系：v（N₂O₄）=k₁p（N₂O₄），v（NO₂）=k₂p²（NO₂），其中k₁、k₂是與反應溫度有關的常數(shù)．相應的速率-壓強關系如圖2所示，一定溫度下，k₁、k₂與平衡常數(shù)K_p的關系是k₁=$\frac{1}{2}$K₂．K_p，在圖標出的點中，能表示反應達到平衡狀態(tài)的點為B點與D點．
（3）某科研人員設計如圖3甲所示新型燃料電池，已知固體電解質可以傳導O^2-，生成物均為無毒無害的物質．將燃料電池的正負兩極與裝置乙中M、N兩惰性電極連接，兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸（HOOC-CHO）．其中M電極區(qū)的乙二醛（OHC-CHO）與電極產(chǎn)物發(fā)生反應生成乙醛酸．則：
①燃料電池負極的電極反應式為N₂H₄+2O^2-4e^-=N₂+2H₂O．
②a極與N（填“M”或“N”）相連，寫出N極電極反應式HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O．
③若有1.5mol H⁺通過質子交換膜并完全參與反應，則該裝置中生成的乙醛酸為1.5mol．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①升高溫度平衡向吸熱方向移動；減小體系壓強、移出NO₂都使平衡正向移動；
②化學平衡常數(shù)K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$；
③化學平衡常數(shù)Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），二者的反應速率之比等于其計量數(shù)之比；滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點；
（3）①燃料作負極，發(fā)生氧化反應；
②根據(jù)圖知，a極為負極，M電極上有氯氣生成，說明M電極上氯離子放電生成氯氣，則M為陽極、N為陰極，負極與陰極相連，N電極上乙二酸得電子和氫離子反應生成乙醛酸；
③若有1.5molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，根據(jù)HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O知右邊裝置有0.75mol乙醛酸生成，M電極附近發(fā)生的反應方程式為Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl，據(jù)此計算該裝置生成乙醛酸的物質的量．

解答 解：（1）設1mol N₂O₄（1）完全分解成相應的原子時需要吸收的能量QKJ，則：
190kJ/mol×2+390kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-460kJ/mol×8=-1225 kJ/mol，
解得Q=1793，故答案為：1793kJ；
（2）①根據(jù)圖知，升高溫度轉化率增大，升高溫度平衡向吸熱方向移動，則正反應是吸熱反應，若要提高N₂O₄轉化率，除改變反應溫度外，其他措施有減小體系壓強、移出NO₂，
故答案為：＞；減小體系壓強、移出NO₂；
②四氧化二氮的轉化率是0.4，設原來四氧化二的物質的量為xmol，轉化的物質的量為0.8xmol，則混合氣體的物質的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，所以反應后壓強=$\frac{108KPa}{xmol}$=151.2KPa，
四氧化二氮的分壓=151.2KPa×$\frac{0.6xmol}{1.4xmol}$=64.8KPa，
二氧化氮的分壓=151.2KPa×$\frac{0.8xmol}{1.4xmol}$=86.4KPa，
化學平衡常數(shù)K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$=$\frac{86．{4}^{2}}{64.8}$=115.2，
故答案為：115.2；
③化學平衡常數(shù)Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），二者的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，
所以υ（NO₂）：υ（N₂O₄）=k₂[p（NO₂）]²：k₁•p（N₂O₄）=2：1，
化學平衡常數(shù)Kp=[p（NO₂）]²÷p（N₂O₄），
則K₁=$\frac{1}{2}$K₂．K_p，
滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點，BD點的壓強之比等于其反應速率之比為1：2，所以BD為平衡點，
故答案為：$\frac{1}{2}$K₂．K_p；B點與D點；
（3）①燃料作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為N₂H₄+2O^2-4e^-=N₂+2H₂O，故答案為：N₂H₄+2O^2-4e^-=N₂+2H₂O；
②根據(jù)圖知，a極為負極，M電極上有氯氣生成，說明M電極上氯離子放電生成氯氣，則M為陽極、N為陰極，負極與陰極相連，N電極上乙二酸得電子和氫離子反應生成乙醛酸，電極反應式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O，故答案為：N；HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O；
③若有2molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，根據(jù)HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O知右邊裝置有1mol乙醛酸生成，M電極附近發(fā)生的反應方程式為Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl，有1.5mol氫離子生成時同時生成乙醛酸0.75mol，所以若有1.5molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，則該裝置中生成的乙醛酸為1.5mol，故答案為：1.5．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡影響移動、蓋斯定律等知識點，側重考查學生分析計算及獲取信息解答問題能力，難點是（3）題平衡常數(shù)的計算，注意分壓的計算方法，題目難度中等．