Question

10．（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．已知在100kPa时，32.0g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃），N₂H₄完全燃烧的热化学方程式是N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（l）△H=-642kJ/mol．
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．肼-空气燃料电池放电时，正极的电极反应式是O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
负极的电极反应式是N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
（3）如图是一个电化学过程示意图．①锌片上发生的电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu．
②假设使用肼-空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼-空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气112 L（假设空气中氧气体积含量为20%）．
（4）传统制备肼的方法，是用NaClO氧化NH₃制得肼的稀溶液．该反应的离子方程式是ClO^-+2NH₃=N₂H₄+Cl^-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）32.0g N₂H₄的物质的量=$\frac{32g}{32g/mol}$=1mol，1mol联氨和双氧水反应生成氮气和液体水放出热量642kJ，据此书写热化学反应方程式；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，正极上是氧气得到电子生成氢氧根离子；
（3）①装置为电解池，锌和电源负极相连为电解池的阴极，溶液中铜离子得到电子生成铜；
②根据电极反应，结合电子守恒和空气的组成情况来回答；
（4）NaClO氧化NH₃可以制得肼，还生成氯化钠．

解答 解：（1）32.0g N₂H₄的物质的量=$\frac{32g}{32g/mol}$=1mol，1mol联氨和双氧水反应生成氮气和液态水放出热量642kJ，其热化学反应方程式为N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（l）△H=-642kJ/mol，
故答案为：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（l）△H=-642kJ/mol；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，正极上氧气得到电子法还原反应生成氢氧根离子，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-； N₂H₄+4OH^--4e^-═4H₂O+N₂↑
（3）①装置为电解池，锌和电源负极相连为电解池的阴极，溶液中铜离子得到电子生成铜，电极反应为：Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；
②铜片上的电极反应为：Cu-2e^-=Cu，Cu的质量变化128g，根据电极反应，转移电子为4mol，根据反应N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，当转移电子4mol时，消耗氧气的物质的量是1mol，氧气的体积是空气体积的五分之一，所以消耗空气的体积是5mol，即112L，
故答案为：112；
（4）NaClO氧化NH₃可以制得肼的离子方程式为：ClO^-+2NH₃=N₂H₄+Cl^-+H₂O，
故答案为：ClO^-+2NH₃=N₂H₄+Cl^-+H₂O．

点评 本题是一道有关热化学和电化学知识的综合考察知识题目，要求学生具有分析和解决问题的能力，题目难度中等．