Question

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，负极的电极反应式为__________。

（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_______________。

Answer

N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=-624kJ/mol 空气 N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑ 阳 2Cl--2e-=Cl2↑ 湿润的淀粉碘化钾试纸 碱 粗铜的精炼 0.8 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

【解析】

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；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；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；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-，负极N2H4失去电子发生氧化反应，电极反应式为：N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑；

(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+2H2OCl2↑+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。