Question

【題目】Ⅰ．肼(N2H4)又稱聯氨，常溫時是一種可燃性液體，可用作火箭燃料。

(1)已知在25℃、101kPa時，16g N2H4在氧氣中完全燃燒生成氮氣，放出312kJ的熱量，則N2H4完全燃燒的熱化學方程式是__________________________________。

II．如下圖所示，某研究性學習小組利用上述燃燒原理設計一個肼(N2H4)─空氣燃料電池(如圖甲)并探究某些工業原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜(即只允許陽離子通過)。

根據要求回答相關問題：

(2)甲裝置中通入________氣體的一極為正極，其電極反應式為：________________。

(3)乙裝置中石墨電極為_________極，其電極反應式為_______________；可以用__________________檢驗該反應產物，電解一段時間后，乙池中的溶液呈_______性。

(4)圖中用丙裝置模擬工業中的_________________原理，如果電解后丙裝置精銅質量增加3.2g，則理論上甲裝置中肼消耗質量為___________g。

(5)如果將丙中的粗銅電極換為Pt電極，則丙中總化學方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】N2H4(l )+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624kJ/mol 空氣 O2+4e-+2H2O=4OH- 陽 2Cl--2e-=Cl2↑ 濕潤的碘化鉀淀粉試紙 堿 粗銅的精煉 0.8 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

【解析】

(1)依據熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態和對應量的反應熱寫出熱化學方程式；

(2)正極上氧化劑得電子發生還原反應；

(3)乙裝置中石墨電極與電源正極連接，為陽極，陽極上是氯離子放電生成氯氣，檢驗氯氣的方法是用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，觀察是否變藍，根據電解總反應方程式，判斷溶液的酸堿性；

(4)根據同一閉合回路中轉移電子相等，列出關系式：N2H4～2Cu進行分析求解；

(5)Pt電極為惰性電極，用惰性電極電解CuSO4溶液，根據離子放電的先后順序確定溶液的總反應方程式。

(1)16.0g氣態肼(N2H4)物質的量為n(N2H4)=16g÷32g/mol=0.5mol，在氧氣中完全燃燒生成氮氣和水，放出熱量312kJ，1mol氣態肼(N2H4)燃燒放熱624kJ，反應的熱化學方程式為：N2H4(l )+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624kJ/mol；

(2)甲裝置中通入空氣的電極為正極，正極上空氣中的氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為：O2+4e-+2H2O=4OH-；

(3)根據裝置圖可知：乙裝置中石墨電極連接甲裝置的正極，作陽極，在陽極上是氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑；檢驗氯氣的方法是用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，若觀察到濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍，就證明有氯氣產生；陽極為惰性電極，電解飽和食鹽水的總反應方程式為：2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH，可見電解一段時間后，乙池中的溶液呈堿性；

(4)丙裝置中粗銅連接電源的正極，作陽極，精銅連接電源的負極，作陰極，電解質為硫酸銅溶液，因此圖中用丙裝置模擬工業中的銅的精煉原理；由于在同一閉合回路中電子轉移數目相等，所以根據關系式：N2H4～2Cu，n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol，所以n(N2H4)=n(Cu)=×0.05mol=0.025mol，則m(N2H4)= 0.025mol×32g/mol=0.8g。

(5)如果將丙中的粗銅電極換為Pt電極，由于Pt電極為惰性電極，因此陽極上是溶液中的OH-失去電子，變為O2，陰極上，溶液中的Cu2+獲得電子變為Cu單質，所以丙中總化學方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。