Question

5．肼（N₂H₄）又称联氨，广泛用于火箭推进剂、有机合成，NO₂的二聚体N₂O₄则是火箭中常用氧化剂．试回答下列问题
（1）火箭常用N₂O₄作氧化剂，肼作燃料，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
试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ•mol^-1．
（2）联氨的工业生产常用氨和次氯酸钠为原料获得，也可在高锰酸钾催化下，尿素[CO（NH₂）₂]和次氯酸钠-氢氧化钠溶液反应获得（产物中同时有两种正盐），尿素法反应的离子方程式为CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O．
（3）如图所示，A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊．关闭K₂，将各1molNO₂通过K₁、K₃分别充入A、B中，反应起始时A、B的体积相同均为aL．
①若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，则重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数减小（填“变大”“变小”或“不变”）．
②若容器A中到达平衡所需时间t s，达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍，则平均化学反应速率v（NO₂）等于$\frac{0.4}{at}$mol/（L．s）．
③若打开K₂，平衡后B容器的体积缩至0.4a L，则打开K₂之前，气球B体积为0.7aL．

Answer 1

分析 （1）已知：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
根据盖斯定律，②×2-③-①可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（2）在高锰酸钾催化剂存在下，尿素和次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应生成联氨，反应还生成碳酸钠、氯化钠与水；
（3）①A为恒温恒容，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
②压强之比等于物质的量之比，计算平衡时混合气体物质的量，根据方程式计算反应的NO₂的物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；
③打开开关K，保持温度不变，再达平衡时，等效为开始加入2molNO₂到达的平衡，恒温恒压下与B中平衡为等效平衡，反应物转化率不变，平衡时混合气体总物质的量为B中2倍，恒温恒压下压强之比等于物质的量之比，则开始加入2molNO₂到达的平衡时总体积为原平衡中气球B体积的2倍．

解答 解：（1）已知：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
根据盖斯定律，②×2-③-①可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ•mol^-1；
（2）在高锰酸钾催化剂存在下，尿素和次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应生成联氨，反应还生成碳酸钠、氯化钠与水，反应离子方程式为：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
故答案为：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
（3）①若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数减小，
故答案为：减小；
②压强之比等于物质的量之比，平衡时混合气体物质的量为1mol×0.8=0.8mol，则：
             2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）：1         0
转化量（mol）：x        0.5x
平衡量（mol）：1-x      0.5x
所以1-x+0.5x=0.8，解得x=0.4，
则v（NO₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{aL}}{ts}$=$\frac{0.4}{at}$mol/（L．s），
故答案为：$\frac{0.4}{at}$mol/（L．s）；
③打开开关K，保持温度不变，再达平衡时，等效为开始加入2molNO₂到达的平衡，恒温恒压下与B中平衡为等效平衡，反应物转化率不变，平衡时混合气体总物质的量为B中2倍，恒温恒压下压强之比等于物质的量之比，则开始加入2molNO₂到达的平衡时总体积为原平衡中气球B体积的2倍，所以打开K₂之前，气球B体积为（aL+0.4aL）÷2=0.7aL，
故答案为：0.7a．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律应用等，（3）中涉及等效平衡问题，较好的考查学生分析解决问题能力，关键是等效平衡途径的建立，难度中等．