Question

氮元素有多种氢化物，如氨（NH₃）、肼（N₂H₄）等．
（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25℃，101kPa时，N₂H₄的燃烧热为624KJ/mol，又已知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44KJ/mol．则N₂H₄完全燃烧生成氮气和水蒸汽的热化学方程式是

 

．
（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．该电池放电时，负极的电极反应式是

 

．如果此燃料电池的能量转化率为50%，当消耗标准状况下的空气2.24L（假设空气中氧气体积含量为20%）时，此电池产生的电能为

 

（假设肼此时生成液态水）．
（3）1998年希腊亚里斯多德大学的Marnellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨，其实验装置如图，正极的电极反应式为

 

．电池工作时，H⁺移向

 

极（填“正”、“负”）．

Answer 1

考点：常见化学电源的种类及其工作原理,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）根据肼和反应热的关系计算出其燃烧热，并结合盖斯定律写出其相应的热化学方程式；
（2）燃料电池中，负极上投放的是燃料，负极上燃料失电子发生氧化反应；
（3）原电池的正极上发生得电子的还原反应，电解质中的阳离子均移向正极．

解答： （1）N₂H₄的燃烧热为624KJ/mol，热化学反应方程式为：①N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，又已知②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44KJ/mol，则N₂H₄完全燃烧生成氮气和水蒸汽的热化学方程式N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g），可以是①+2×②得到，即该反应的焓变△H=-624kJ/mol+88kJ/mol=-536kJ/mol，
即N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-536kJ/mol，
故答案为：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-536kJ/mol；
（2）燃料电池中，负极上投放的是燃料肼，负极上燃料肼失电子发生氧化反应，碱性介质下，电极反应为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，根据热化学方程式：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，消耗标准状况下的空气2.24L（假设空气中氧气体积含量为20%）时，即消耗氧气是0.02mol，此燃料电池的能量转化率为50%时，电池产生的电能为624kJ×0.02×50%=6.24kJ，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；6.24kJ；
（3）合成氨的反应中，氮气发生得电子的还原反应，在原电池的正极上，就是氮气发生得电子的还原反应，在酸性环境下，电极反应式为：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃ ，原电池中，电解质中的阳离子均移向正极，
故答案为：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃ ；正．

点评：本题综合考查学生热化学、电化学等方面的综合知识，注意知识的迁移和应用是解题关键，难度中等．