Question

【題目】長征三號甲運載火箭(CZ—3A)與“嫦娥工程“太空擺渡車”“北斗衛星”“風云衛星”等中國航天大事件緊密相連。它是大型三級液體推進劑火箭，一子級和二子級均使用偏二甲肼(UDMH)-四氧化二氮(NTO)推進劑，反應產物綠色無污染。回答下列問題：

(1)已知(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)= 2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) △H=a kJ/mol

N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H=b kJ/mol

2NO(g)+O2(g)= N2O4(l) △H=c kJ/mol

則UDMH-NTO推進劑反應的熱化學方程式為________________________。

(2)偏二甲肼易溶于水，其一水合物的電離方式與一水合氨(Kb=1.7×10-5)相似但電離常數更小，偏二甲肼一水合物的電離方程式為___________________，向偏二甲肼溶液中加入等物質的量的醋酸(Ka=-1.7×10-5)，充分反應后溶液呈______(填“酸性”“堿性”或“中性”)。堿性偏二甲肼—空氣燃料電池的電解質溶液是20～30％的KOH溶液，電池工作時正極的電極反應式為__________________________。

(3)N2O4是NO2的二聚產物，NO、NO2等氮氧化物是主要的大氣污染物，氮氧化物與懸浮在大氣中的微粒相互作用時，涉及如下反應：

(I)2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) △H1<0 K1

(II)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) △H2<0 K2

則4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+C12(g)的平衡常數為_______(用K1、K2表示)；為研究不同條件對反應(Ⅱ)的影響，T℃時，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.2mol C12，5min時達到平衡，反應過程中容器內的壓強減小了10%，則5min內反應的平均速率v(C1NO)=_____mol/(L·min)，NO的平衡轉化率α1=_____％；若其他條件保持不變，使反應(Ⅱ)在初始容積為2L的恒壓密閉容器中進行，則NO的平衡轉化率α2_______α1(填“>”“<”或“=”)。

Answer 1

【答案】(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) △H=(a-2b-2c)kJ/mol (CH3)2NNH2·H2O(CH3)2NNH3++OH- 酸性 O2+2H2O+4e-=4OH- 0.008 40 ＞

【解析】

(1) ①(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) △H=a kJ/mol；

②N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H=b kJ/mol；③2NO(g)+O2(g)= N2O4(l) △H=c kJ/mol

①-2×②-③×2，整理可得：(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) △H=(a-2b-2c)kJ/mol；

(2)偏二甲肼一水合物的電離方式與一水合氨(Kb=1.7×10-5)相似,但電離常數更小，模擬NH3H2O的電離，可得偏二甲肼一水合物的電離方程式為: (CH3)2NNH2·H2O(CH3)2NNH3++OH-；由于一水合氨余醋酸電離程度相近，而偏二甲肼一水合物比一水合氨難電離，所以向偏二甲肼溶液中加入等物質的量的醋酸(Ka=-1.7×10-5)，得到的CH3COO-、(CH3)2NNH3+都會發生水解反應，但是(CH3)2NNH3+水解程度更大，根據水弱誰水解，誰強顯水性的鹽的水解規律可知，充分反應后溶液呈酸性；堿性偏二甲肼—空氣燃料電池的電解質溶液是20～30％的KOH溶液，電池工作時正極上氧氣獲得電子，變為OH-，該電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-；

(3) 4NO2(g)+2NaCl(s) 2NANO3(s)+2NO(g)+C12(g)的平衡常數為K=，

2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)的化學平衡常數K1=；

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)的化學平衡常數K2=，==K；

在容器的容積恒定不變時，氣體的壓強比等于氣體的物質的量的比，在反應2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)中，假設反應過程中c(Cl2)變化了x，根據題意，用三段式法計算

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)

c(始)mol/L0.1 0.1 0

c(變)mol/L2x x 2x

c(平)mol/L0.1-2x 0.1-x 2x

=0.9，解得x=0.02，所以v(C1NO)=mol/(Lmin)；

NO的平衡轉化率α1=×100%=40%；

由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，若其他條件保持不變，使反應(Ⅱ)在初始容積為2L的恒壓密閉容器中進行，相當于這個反應在恒容下達到平衡后縮小容器的容積，增大壓強，增大壓強化學平衡正向移動，因此達到平衡后NO的平衡轉化率增大，即α2>α1。