Question

【題目】(1)火箭的第一、二級發動機中，所用的燃料為偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼來制備。

①用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化劑，兩者反應生成氮氣和氣態水。

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

寫出氣態肼和N2O4反應生成氮氣和氣態水的熱化學方程式：________________________。

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

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

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

寫出該反應的化學平衡常數的表達式： ，b 0(填“大于”、“小于”或“等于”)

②400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時刻該反應的v正(N2) v逆(N2)(填“大于”、“小于”或“等于”)

(3)科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，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，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O2－離子(O2＋4e－===2O2－)。

①c電極的名稱為________，d電極上的電極反應式為______________________。

②如圖2所示為用惰性電極電解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為___________________。若a電極產生56 mL(標準狀況)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定存在，它很容易轉化為二氧化氮，由二氧化氮制取四氧化二氮，2NO2=N2O4，反應是放熱反應，反應前后氣體體積減小所以反應條件為：增大壓強、降溫都有利于反應正向進行；

(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=bkJmol-1，平衡常數K=，由表中數據可知：平衡常數隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，故正反應為放熱反應，故b小于0；

②400°C N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的K=0.5，400℃時，測得氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，濃度分別為3/0.5=6mol/L，2/0.5=4mol/L，1/0.5=2mol/L，Qc==1.1＞K，說明平衡逆向進行，v正(N2)＜v逆(N2)；

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

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