Question

偏二甲肼與N₂O₄是常用的火箭推進劑，二者發生如下化學反應：
（CH₃）₂NNH₂（l）+2N₂O₄（1）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（g）　（I）
（1）反應（I）中氧化劑是

 

．
（2）火箭殘骸中常現紅棕色氣體，原因為：N₂O₄（g）═2NO₂（g） （Ⅱ）
當溫度升高時，氣體顏色變深，則反應（Ⅱ）為

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（3）一定溫度下，反應（Ⅱ）的焓變為△H．現將1molN₂O₄充入一恒壓密閉容器中，下列示意圖正確且能說明反應達到平衡狀態的是

 

．

若在相同溫度下，上述反應改在體積為1L的恒容密閉容器中進行，平衡常數

 

（填“增大”、“不變”或“減小”），反應3s后NO₂的物質的量為0.6mol，則0～3s的平均反應速率v（N₂O₄）=

 

mol?L^-1?s^-1．
（4）硝酸廠的尾氣中含NO₂和NO，直接排放將污染空氣．目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，反應機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

 

．
（5）氨氣在純氧中燃燒，也可生成上述反應（I）產物中的兩種．科學家利用此原理，設計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是

 

（填“正極”或“負極”）；堿性條件下，該電極發生反應的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）在氧化還原反應中化合價降低的反應物是氧化劑；
（2）升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動；
（3）根據達到平衡狀態，各組分濃度不變，正逆反應速率相等進行判斷；化學平衡常數只與溫度有關，與物質的濃度無關；根據v（NO₂）=

△c

△t

計算NO₂的化學反應速率，再根據同一反應中、同一時間段內反應速率之比等于計量數之比計算v（N₂O₄）；
（4）根據蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式；
（5）根據燃料電池中，燃料做負極，氧氣作正極，負極的電極反應=總反應-正極的電極反應．

解答：解：（1）反應（Ⅰ）中，N₂O₄（l）中N元素得電子化合價降低，N₂O₄（l）是氧化劑，（CH₃）₂NNH₂（l）中碳元素化合價升高，是還原劑，
故答案為：N₂O₄；
（2）升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，當溫度升高時，氣體顏色變深，平衡向正反應方向移動，所以正反應是吸熱反應；
故答案為：吸熱；
（3）a、反應方程式兩邊氣體的質量不相等，密度不變，說明達到了平衡狀態，故a正確；
b、反應過程中，反應熱不會變化，不是變量，無法判斷是否達到平衡狀態，故b錯誤；
c、根據反應速率大小，無法判斷正逆反應速率是否相等，故c錯誤；
d、四氧化二氮的轉化率不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故d正確；
化學平衡常數只與溫度有關，與物質的濃度無關，所以平衡常數K不變；
v（NO₂）=v（NO₂）=

△c

△t

=

0.6mol 1L

3s

=0.2mol/L?s，則v（N₂O₄）=

1

2

v（NO₂）=0.1mol/（L?s）；
故答案為：ad；不變；0.1；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1，
甲烷直接將NO₂還原為N₂的化學方程式：CH₄+2NO₂=CO₂+N₂，可以由

1

2

（①+②）得到，
所以甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol；
（5）燃料電池中，燃料做負極，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，總反應：4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O，正極的電極反應：3O₂↑+6H₂O+12e^-=12OH^-，負極的電極反應式為：4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O，
故答案為：負極；4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O．

點評：本題考查了化學平衡狀態的判斷、化學反應速率的計算、熱化學方程式的書寫等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡狀態的判斷方法、明確化學反應速率與化學及計量數成正比，試題培養了學生靈活應用所學知識的能力．