Question

肼（N₂H₄）又稱聯氨，廣泛用于火箭推進劑、有機合成及燃料電池，NO₂的二聚體N₂O₄則是火箭中常用的氧化劑，請回答下列問題：
（1）肼燃料電池原理如圖所示，左邊電極上發生反應的電極反應式為

N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O

（2）火箭常用N₂O₄作氧化劑，肼作燃料，已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=-67.7kJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ/mol
③2NO₂（g?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ/mol
試寫出氣態肼在氣態四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態水的熱化學方程式：

2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6kJ?mol^-1

（3）聯氨的工業生產常用氨和次氯酸鈉為原料獲得，也可在高錳酸鉀催化下，用尿素[CO（NH₂）₂]和次氯酸鈉一氫氧化鈉溶液反應獲得，尿素法反應的離子方程式為

CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O

．

Answer 1

分析：（1）左端為負極，在堿性電解質中失去電子生成氮氣和水；
（2）利用蓋斯定律來計算2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）的反應熱；
（3）在高錳酸鉀催化劑存在下，尿素和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應生成聯氨、另外兩種鹽和水，結合質量守恒定律來書寫離子反應方程式．

解答：解：（1）左端為負極，在堿性電解質中失去電子生成氮氣和水，電極反應為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
（2）由①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1
根據蓋斯定律可知②×2-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
△H=（-534.0kJ?mol^-1）×2-（-67.7kJ?mol^-1）-（-52.7kJ?mol^-1）=-947.6 kJ?mol^-1，
即熱化學方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-947.6 kJ?mol^-1；
（3）由在高錳酸鉀催化劑存在下，尿素和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應生成聯氨、另外兩種鹽和水，根據質量守恒定律可知兩種鹽為氯化鈉和碳酸鈉，該反應為CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄+Cl^-+CO₃^2-+H₂O．

點評：本題考查離子方程式、熱化學反應方程式及電極反應式的書寫，根據蓋斯定律、原電池原理來分析解答即可，注意電極反應式的書寫要結合溶液的酸堿性，為易錯點．