题目内容
【题目】Ⅰ．肼(N2H4)又称联氨，常温时是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。
(1)已知在25℃、101kPa时，16g N2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出312kJ的热量，则N2H4完全燃烧的热化学方程式是__________________________________。
II．如下图所示，某研究性学习小组利用上述燃烧原理设计一个肼(N2H4)─空气燃料电池(如图甲)并探究某些工业原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜(即只允许阳离子通过)。
根据要求回答相关问题：
(2)甲装置中通入________气体的一极为正极，其电极反应式为：________________。
(3)乙装置中石墨电极为_________极，其电极反应式为_______________；可以用__________________检验该反应产物，电解一段时间后，乙池中的溶液呈_______性。
(4)图中用丙装置模拟工业中的_________________原理，如果电解后丙装置精铜质量增加3.2g，则理论上甲装置中肼消耗质量为___________g。
(5)如果将丙中的粗铜电极换为Pt电极，则丙中总化学方程式为___________________________。
【答案】N2H4(l )+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624kJ/mol 空气 O2+4e-+2H2O=4OH- 阳 2Cl--2e-=Cl2↑ 湿润的碘化钾淀粉试纸 碱 粗铜的精炼 0.8 2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
【解析】
(1)依据热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应量的反应热写出热化学方程式；
(2)正极上氧化剂得电子发生还原反应；
(3)乙装置中石墨电极与电源正极连接，为阳极，阳极上是氯离子放电生成氯气，检验氯气的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸，观察是否变蓝，根据电解总反应方程式，判断溶液的酸碱性；
(4)根据同一闭合回路中转移电子相等，列出关系式：N2H4～2Cu进行分析求解；
(5)Pt电极为惰性电极，用惰性电极电解CuSO4溶液，根据离子放电的先后顺序确定溶液的总反应方程式。
(1)16.0g气态肼(N2H4)物质的量为n(N2H4)=16g÷32g/mol=0.5mol，在氧气中完全燃烧生成氮气和水，放出热量312kJ，1mol气态肼(N2H4)燃烧放热624kJ，反应的热化学方程式为：N2H4(l )+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624kJ/mol；
(2)甲装置中通入空气的电极为正极，正极上空气中的氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-；
(3)根据装置图可知：乙装置中石墨电极连接甲装置的正极，作阳极，在阳极上是氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；检验氯气的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸，若观察到湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，就证明有氯气产生；阳极为惰性电极，电解饱和食盐水的总反应方程式为：2NaCl+2H2O
Cl2↑+H2↑+2NaOH，可见电解一段时间后，乙池中的溶液呈碱性；
(4)丙装置中粗铜连接电源的正极，作阳极，精铜连接电源的负极，作阴极，电解质为硫酸铜溶液，因此图中用丙装置模拟工业中的铜的精炼原理；由于在同一闭合回路中电子转移数目相等，所以根据关系式：N2H4～2Cu，n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol，所以n(N2H4)=
n(Cu)=
×0.05mol=0.025mol，则m(N2H4)= 0.025mol×32g/mol=0.8g。
(5)如果将丙中的粗铜电极换为Pt电极，由于Pt电极为惰性电极，因此阳极上是溶液中的OH-失去电子，变为O2，阴极上，溶液中的Cu2+获得电子变为Cu单质，所以丙中总化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。
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