Question

2013年12月15日4時搭載長征系列火箭的“玉兔號”順利駛抵月球表面，實現了五星紅旗耀月球的創舉。火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N₂H₄）作燃料，N₂O₄做氧化劑。請回答下列問題：
（1）已知：N₂(g) + 2O₂(g) ="=" 2NO₂(g)                 ΔH= + 67.7kJ·mol^-1
N₂H₄₍g) + O₂（g）="=" N₂(g) + 2H₂O(g)     ΔH= - 534.0kJ·mol^-1
2NO₂(g)  N₂O₄（g）             ΔH=" -" 52.7kJ·mol^-1
寫出氣態肼在氣態四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態水的熱化學方程式：                                  ；
（2）工業上用次氯酸鈉與過量的氨氣反應制備肼，該反應的化學方程式為：                                    ；
（3）工業上可以用下列反應原理制備氨氣：
2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)  ΔH= Q kJ·mol^-1
①已知該反應的平衡常數K與溫度的關系如圖，則此反應的 Q        0 （填“＞”“＜”或“=”）。

②若起始加入氮氣和水，15分鐘后，反應達到平衡，此時NH₃的濃度為0.3mol/L，則用氧氣表示的反應速率為           。
③常溫下，如果上述反應在體積不變的密閉容器中發生，當反應達到平衡時，          （選填編號）.

A．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

B．v（N2）/v（O2）=2∶3

C．容器中氣體的密度不隨時間而變化

D．通入稀有氣體能提高反應的速率

E．若向容器中繼續加入N₂，N₂的轉化率將增大
（4）最近華南理工大提出利用電解法制H₂O₂并以此處理廢氨水，裝置如圖。

①為不影響H₂O₂的產量，需要向廢氨水加入適量硝酸調節溶液的pH約為5，則所得廢氨水溶液中c(NH₄⁺)       c(NO₃^-)（填“＞”“＜”或“=”）；
②Ir—Ru惰性電極有吸附O₂作用，該電極的電極反應為                     ；
③理論上電路中每轉移3mol電子，最多可以處理NH₃·H₂O的物質的量為            。

Answer 1

（1）2N₂H₄(g) + N₂O₄(g)=3N₂(g) + 4H₂O(g) ΔH=－1083.0 kJ·mol^-1（3分）
（2）NaClO + 2 NH₃ =N₂H₄ + NaCl + H₂O （2分）
（3）① ＞（2分）② 0.015mol·L^-1·min^-1（2分）
③ ABC（3分，少選一個扣1分，錯選不得分）
（4）①＜      ②O₂+2H⁺+2e^- =H₂O₂        ③1mol （毎空各2分）

試題分析：（1）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
依據蓋斯定律②-（①+③）得到2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H="-1" 083.0 kJ?mol^-1。
（2）次氯酸鈉與過量的氨反應制備肼氨氣被氧化為肼，本身被還原為氯離子，結合原子守恒配平寫出化學方程式為：NaClO+2NH₃═N₂H₄+NaCl+H₂O
（3）①根據圖中曲線可以看出，隨著溫度升高，平衡常數K逐漸增大，說明溫度升高，平衡向正反應方向移動，?H>0。
②v(O₂)=3/4v(NH₃)=3/4×0.3mol/L÷15min= 0.015mol·L^-1·min^-1。
③A、當反應達到平衡時，各物質的物質的量不變，所以容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，正確；B、化學反應速率之比等于系數之比，所以v（N₂）/v（O₂）=2∶3，正確；C、當反應達到平衡時，氣體的質量和體積不再變化，所以容器中氣體的密度不隨時間而變化，正確；D、因為密閉容器的體積保持不變，所以通入稀有氣體，原氣體濃度不變，則反應速率不變，錯誤；E、若向容器中繼續加入N₂，N₂的轉化率將減小，錯誤。
（4）①，根據電荷守恒可得：c(NH₄⁺)+c(H⁺)=C(NO₃?)+c(OH?)，因為溶液的pH為5，則c(H⁺)>c(OH?)，所以c(NH₄⁺)<c(NO₃?)。
②因為溶液的pH為5，含有較多H⁺，根據題意和圖可知O₂在H⁺存在的情況下得電子生成H₂O₂，電極方程式為：O₂+2H⁺+2e^- =H₂O₂
③根據示意圖可知NH₃·H₂O被氧化為N₂，根據化合價的變化，NH₃·H₂O ~ 3e?，所以理論上電路中每轉移3mol電子，最多可以處理NH₃·H₂O的物質的量為1mol。