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所示為用惰性電極電解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】 2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1 高壓、低溫(或加壓、降溫) 正極 CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 1 ac

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式的計算，①N2H4與N2O4反應的方程式為：2N2H4＋N2O4=3N2＋4H2O，①N2(g)＋2O2(g)=N2O4(g)，②N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)②×2－①得出：N2H4(g)＋N2O4(g)=3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝[2×(－543)－10.7]kJ·mol－1=－1 096.7 kJ·mol－1；②N2O42NO2，促使平衡向逆反應方向進行，可以增大壓強，此反應屬于吸熱反應，也可以降低溫度；（2）①考查原電池的工作原理和電極反應式的書寫，根據電流的方向，電流從正極流向負極，即c為正極，d為負極，通入的B為CH4，電解質傳導O2－，因此負極電極反應式為：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O；②考查電解原理以及關于電解的計算，a連接電源的正極，a為陽極，a電極反應式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；電解CuSO4溶液總反應方程式為2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，假設Cu2＋全部被電解成Cu，此時產生氧氣的物質的量為100×10－3×0.5/2mol=0.025mol，體積為0.025×22.4L= 0.56L>56mL，因此Cu2＋沒有完全電解，因此有n(H＋)=56×10－3×4/22.4mol=0.01mol，c(H＋)=0.01/100×10－3mol·L－1=0.1mol·L－1，則pH=1； 根據上述分析，只電解部分Cu2＋，因此恢復到電解前的在狀態，應加入CuO或CuCO3，即ac正確。