Question

氮及其化合物在化肥、医药、材料和国防工业中具有广泛应用。回答下列问题：

(1)自上个世纪德国建立了第一套合成氨装置，合成氨工业为解决人类的温饱问题作出了极大贡献。写出实验室制备氨气的方程式_________。

(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以、为电极反应物，以为电解质溶液制造出一种既能提供电能，又能实现氮固定的新型燃料电池，如图所示。

①a电极是该电池的_______(填正极或者负极)；该电池正极的电极反应式是___________。

②该电池在工作过程中的浓度将不断_________(填增大或减小)，假设放电过程中电解质溶液的体积不变，当溶液中的物质的量改变时，理论上电池能为外电路提供___________mol电子。

(3)肼又称为联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼-空气燃料电池以20%~30%的溶液为电解质溶液，总反应方程式为：。请写出该电池放电时，负极的电极反应式：__________。

(4)为了监测空气中NOx的含量，科学家成功研制出了一种NOx传感器，其工作原理示意图如图：

①固体电解质中移向___________(填“正极”或“负极”)

②写出电极发生的电极反应式：________。

Answer

正极 减小 2.4 负极

【解析】

实验室制取氨气是氯化铵和熟石灰在加热的条件下反应；以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，正极发生还原反应，氮气在正极获得电子，酸性条件下生成NH4+，该电池的正极电极反应式为：N2+8H++6e-=2NH4+，通入氢气的一极为负极，电极方程式为H2-2e-=2H+，总方程式为2N2+6H2+4H+=4NH4+；燃料电池中，燃料在负极上失去电子，碱性条件下氢氧根离子参与反应，根据生成物写出电极反应；根据阴离子的移动方向判断氧离子的移动方向；电极上是一氧化氮转化为二氧化氮的过程，根据化合价的变化找到转移的电子数，从而写出电极反应，据此分析。

(1)实验室制取氨气是氯化铵和熟石灰在加热的条件下反应生成氯化钙、氨气和水，化学方程式为：；

(2) 氮气在正极获得电子，酸性条件下生成NH4+，该电池的正极电极反应式为：N2+8H++6e-=2NH4+，通入氢气的一极为负极，电极方程式为H2-2e-=2H+，总方程式为2N2+6H2+4H+=4NH4+；①a电极是该电池的正极；该电池正极的电极反应式是N2+8H++6e-=2NH4+；

②氢离子在正极上消耗，该电池在工作过程中的浓度将不断减小，溶液的体积不变，根据电极反应：2N2+6H2+4H+=4NH4+，当溶液中的物质的量改变4mol时，外电路转移12mol电子，当溶液中的物质的量改变时，理论上电池能为外电路提2.4mol电子；

(3)根据总的电极反应：，碱性条件下，肼失去电子发生氧化反应，化合价从-2价升高到0价，1mol肼失去4mol电子，负极的电极反应式；

(3)①阴离子移向负极，氧离子移向，作负极，固体电解质中移向负极；

②一氧化氮失去电子形成二氧化氮，1mol一氧化氮转移2mol电子，电极上发生氧化反应，发生的电极反应式：。