Question

【題目】(1)火箭的第一、二級發動機中，所用的燃料為偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼來制備。

①用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化劑，兩者反應生成氮氣和氣態水。

已知：N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)

ΔH＝＋10.7 kJ·mol－1

N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－543 kJ·mol－1

寫出氣態肼和N2O4反應的熱化學方程式： ___________________。

②已知四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩定存在，它很容易轉化為二氧化氮。試推斷出二氧化氮制取四氧化二氮的反應條件(或措施)：___________________________。

(2)科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O2－離子(O2＋4e－===2O2－)。

①c電極的名稱為________，d電極上的電極反應式為_________________________。

②如圖2所示為電解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為____________________。若a電極產生56 mL(標準狀況)氣體，則所得溶液的pH＝________(不考慮溶液體積變化)，若要使電解質溶液恢復到電解前的狀態，可加入________(填序號)。

a．CuO b．Cu(OH)2

c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3

Answer 1

【答案】(1)①2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)

ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1 ②高壓、低溫(或加壓、降溫)

(2)①正極 CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 1 ac

【解析】(1)①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)

ΔH＝＋10.7 kJ·mol－1 Ⅰ

N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－543 kJ·mol－1 Ⅱ

根據蓋斯定律可知，所求反應的熱化學方程式可以由Ⅱ×2－Ⅰ得到：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1。②四氧化二氮在高溫下很難穩定存在，而NO2生成N2O4的反應為氣體體積減小的反應，故二氧化氮轉化為四氧化二氮的條件可以是高壓、低溫。(2)①電流從正極流向負極，故c、d分別為正極、負極，燃料電池的負極為通入燃料的一極，故其電極反應式為CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。②a為電解池的陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；b為陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu，當陽極產生56 mL氣體時，被電解的OH－的物質的量為：×4＝0.01 mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。此時陰極析出0.05 mol Cu，Cu2＋恰好完全放電，為恢復電解質溶液的原狀，根據“出什么加什么”原理，只要相當于加入CuO即可，a項可以，b項Cu(OH)2可以拆為CuO·H2O，c項CuCO3拆為CuO·CO2，d項Cu2(OH)2CO3可拆為2CuO·H2O·CO2，其中c項也可選。