Question

11．請回答下列問題：
（1）火箭燃料液態(tài)偏二甲肼（C₂H₈N₂）是用液態(tài)N₂O₄作氧化劑，二者反應放出大量的熱，生成無毒、無污染的氣體和水．已知室溫下，1g燃料完全燃燒釋放出的能量為42.5kJ，則該反應的熱化學方程式為C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ•mol^-1．
（2）298K時，在2L固定體積的密閉容器中，發(fā)生可逆反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-a kJ•mol^-1 （a＞0）．N₂O₄的物質(zhì)的量濃度隨時間變化如圖1．達平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，回答下列問題：

①298k時，該反應的平衡常數(shù)為6.67L•mol^-1（精確到0.01）．
②下列情況不是處于平衡狀態(tài)的是a：
a．混合氣體的密度保持不變；b．混合氣體的顏色不再變化； c．氣壓恒定時．
③若反應在398K進行，某時刻測得n（NO₂）=0.6mol  n（N₂O₄）=1.2mol，則此時V_（正）＜V_（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）工業(yè)上“除鈣、鎂”的原理反應為：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄；CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入過量NaF溶液反應完全后過濾，則濾液中 $\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（4）電解法可消除甲醇對水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用圖2裝置模擬上述過程，則：Co²⁺在陽極的電極反應式為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
除去甲醇的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）先求出偏二甲肼的物質(zhì)的量，再根據(jù)物質(zhì)的量之比等于熱量比求出反應熱，然后寫出熱化學方程式；
（2）①有圖可知N₂O₄的平衡濃度為0.6mol/L，達到平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，則NO₂的平衡濃度為0.3mol/L，帶入平衡常數(shù)表達式計算；
②a、氣體的質(zhì)量不變，容積恒定，因此氣體的密度為一定值；
b、混合氣體的顏色不變說明NO₂的濃度保持恒定；
c、反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）氣壓恒定時，正、逆反應速率相等；
③反應為放熱反應，升高溫度，K值減小，計算可知此時的濃度商Q=K（298K）＞K（398K），反應向逆反應方向移動，因此V_（正）＜V_（逆）；
（3）依據(jù)題給的信息得知CaF₂和MgF₂的溶度積分別是鈣離子的濃度與氟離子濃度的平方和鎂離子的濃度與氟離子濃度的平方，故據(jù)此轉化為求兩者的溶度積之比即可；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答 解：（1）1g燃料完全燃燒釋放出的能量為42.5kJ，則1mol偏二甲肼完全燃燒釋放出的能量為42.5kJ×60=2550kJ，其熱化學方程式為：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol，
故答案為：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）=2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ•mol^-1；
（2）①有圖可知N₂O₄的平衡濃度為0.6mol/L，達到平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，則NO₂的平衡濃度為0.3mol/L，則K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol，
故答案為：6.67；
②a、反應物和生成物全是氣態(tài)物質(zhì)，氣體的質(zhì)量不變，容積為2L保持恒定，由ρ=$\frac{m}{V}$可知氣體的密度為一定值，因此氣體的密度保持不變不一定處于平衡狀態(tài)，故a選；
b、混合氣體的顏色不變說明NO₂的濃度不變，說明反應處于化學平衡狀態(tài)，故b不選；
c、反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一個氣體體積減小的反應，氣壓恒定時，正、逆反應速率相等，說明反應處于化學平衡狀態(tài)，故c不選；
故答案為：a；
③反應為放熱反應，升高溫度，K值減小，密閉容器的體積為2L，因此的N₂O₄的濃度為0.6mol/L，NO₂的濃度為0.3mol/L，濃度商Q=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol=6.67L/mol=K（298K）＞K（398K），反應向逆反應方向移動，因此V_（正）＜V_（逆）；
故答案為：＜；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{a}^{2+}）c（{F}^{-}）}{c（M{g}^{2+}）c（{F}^{-}）}$=$\frac{1.11×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，故答案為：1.5；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評 本題考查知識點全面，涉及熱化學方程式的書寫、平衡常數(shù)的計算、平衡的移動、電化學的原理和離子方程式的書寫等知識，屬于綜合知識的考查，題目難度中等．