Question

肼（N₂H₄）又稱聯氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料．
（1）已知在25℃，101kPa時，16.0g N₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮氣，放出熱量312kJ，N₂H₄完全燃燒反應的熱化學方程式是

N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol

．肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液．肼-空氣燃料電池放電時，負極的電極反應式是：

N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂

．電池工作一段時間后，電解質溶液的pH將

減小

（填“增大”、“減小”、“不變”）．
（2）如圖是一個電化學裝置示意圖．用肼--空氣燃料電池做此裝置的電源．如果A是鉑電極，B是石墨電極，C是500mL足量的飽和氯化鈉溶液，當兩極共產生1.12L氣體時，溶液的pH為

13

，則肼-空氣燃料電池理論上消耗的空氣

1.4

L（氣體體積在標準狀況下測定，假設空氣中氧氣體積分數為20%）
（3）肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因

N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₅⁺+H₂O=N₂H₆²⁺+OH^-

．
（4）常溫下將0.2mol/L HCl溶液與0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），若測得混合溶液的pH=6，則混合溶液中由水電離出的c（H⁺）

大于

0.1mol/L HCl溶液中由水電離出的c（H⁺）（填“大于”、“小于”、或“等于”）．
（5）已知：在相同條件下N₂H₄?H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度．常溫下，若將0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液與0.1mol/L HCl溶液等體積混合，則溶液中N₂H⁺₅、Cl^-、OH^-、H⁺離子濃度由大到小的順序為

c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）

．

Answer 1

分析：（1）根據肼和反應熱的關系計算出其燃燒熱，并寫出其相應的熱化學方程式；燃料電池中，負極上投放的是燃料，負極上燃料失電子發生氧化反應；根據溶液中氫氧根離子濃度的變化判斷溶液pH值的變化；
（2）根據電池反應式確定氫氣的體積，根據氫氣的體積計算氫氧化鈉的濃度，由水的離子積常數計算氫離子濃度，從而確定溶液的pH值；
（3）肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子；
（4）常溫下，混合溶液的pH=6，溶液顯酸性，則酸電離產生的氫離子大于水電離產生的氫離子；
（5）將0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液與0.1mol/L HCl溶液等體積混合，得到等量的N₂H₄?H₂O、N₂H₅C1，由相同條件下N₂H₄?H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度，則溶液顯堿性，即c（OH^-）＞c（H⁺）．

解答：解：（1）16.0g肼的物質的量=

16g

32g/mol

=0.5mol，0.5molN₂H₄在氧氣中完全燃燒生成氮氣放出熱量312kJ，則1mol肼在氧氣中完全燃燒放熱的熱量為624KJ，所以其熱化學反應方程式為：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol；燃料電池中負極上投放的是燃料肼，負極上肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；反應過程中生成水導致溶液中氫氧根離子濃度減小，所以溶液的pH值變小．
故答案為：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；減小；
（2）電解食鹽水的方程式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，根據方程式知，陰陽極上生成的氣體物質的量相等，即體積也相等，所以生成氫氣的體積是0.56L，生成0.56L氫氣同時生成氫氧化鈉的物質的量=

0.56L

22.4L/mol

×2=0.05mol，氫氧化鈉的物質的量濃度=

0.05mol

0.5L

=0.1mol/L，氫離子濃度為10^-13 mol/L，所以溶液的pH=13；
根據得失電子數相等，生成0.56L氫氣轉移的電子數與空氣中氧氣轉移的電子數相等，設空氣的體積為XL．
0.56L×2=0.2XL×4，X=1.4．
故答案為：13；1.4；
（3）肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子，
電離方程式為N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₅⁺+H₂O=N₂H₆²⁺+OH^-．
故答案為：N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₅⁺+H₂O=N₂H₆²⁺+OH^-；
（4）常溫下，混合溶液的pH=6，溶液顯酸性，則酸電離產生的氫離子大于水電離產生的氫離子，由水電離出的
c（H⁺）為10^-8mol/L，0.1mol/LHCl溶液中由水電離出的c（H⁺）為

10-14

0.1

=10^-13mol/L，
故答案為：大于；
（5）將0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液與0.1mol/L HCl溶液等體積混合，得到等量的N₂H₄?H₂O、N₂H₅C1，由相同條件下N₂H₄?H₂O的電離程度大于N₂H₅C1的水解程度，則c（N₂H⁺₅）＞c（Cl^-），又溶液顯堿性，即c（OH^-）＞c（H⁺），電離、水解的程度都不大，所以c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評：本題為綜合性習題，考查蓋斯定律、熱化學反應方程式、電化學、電離、水解、離子濃度大小的比較等知識點，難度較大，注重高考熱點的考查及知識遷移能力的訓練．