Question

【题目】(1)火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。

①用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。

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

写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式： ___________________。

②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮。试推断出二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件(或措施)：___________________________。

(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2－离子(O2＋4e－===2O2－)。

①c电极的名称为________，d电极上的电极反应式为_________________________。

②如图2所示为电解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为____________________。若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝________(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入________(填序号)。

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高压、低温(或加压、降温)

(2)①正极 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

根据盖斯定律可知，所求反应的热化学方程式可以由Ⅱ×2－Ⅰ得到：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1。②四氧化二氮在高温下很难稳定存在，而NO2生成N2O4的反应为气体体积减小的反应，故二氧化氮转化为四氧化二氮的条件可以是高压、低温。(2)①电流从正极流向负极，故c、d分别为正极、负极，燃料电池的负极为通入燃料的一极，故其电极反应式为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。②a为电解池的阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；b为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，当阳极产生56 mL气体时，被电解的OH－的物质的量为：×4＝0.01 mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。此时阴极析出0.05 mol Cu，Cu2＋恰好完全放电，为恢复电解质溶液的原状，根据“出什么加什么”原理，只要相当于加入CuO即可，a项可以，b项Cu(OH)2可以拆为CuO·H2O，c项CuCO3拆为CuO·CO2，d项Cu2(OH)2CO3可拆为2CuO·H2O·CO2，其中c项也可选。