Question

（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．已知在101kPa时，32.0g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄的燃烧热化学方程式是

 

．
（2）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．肼-空气燃料电池放电时：负极的电极反应式是

 

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（3）电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-

放电

充电

2PbSO₄+2H₂O，充电时：阳极反应式：

 

；用此装置电解水和重水（D₂O）组成的混合液（两电极均是Pt），通电一段时间后，在两极共收集到33.6L（标准状况）气体，总质量为18.5g，则混合气体中H原子和D原子个数之比：

 

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Answer 1

考点：化学电源新型电池,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）32.0g N₂H₄的物质的量=

32g

32g/mol

=1mol，1mol肼完全燃烧生成液态水放出624kJ热量，据此书写热化学反应方程式；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气；
（3）根据电池反应式知，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应；33.6L（标准状况）气体的物质的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，阴阳极上气体的物质的量之比为2：1，所以氧气的物质的量为0.5mol，H₂和D₂的物质的量之和为1mol，利用质量计算混合气体中H原子和D原子个数之比．

解答： 解：（1）32.0g N₂H₄的物质的量=

32g

32g/mol

=1mol，1mol肼完全燃烧生成液态水放出624kJ热量，该热化学反应方程式为N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-624kJ/mol，故答案为：N₂H₄（1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-624kJ/mol；
（2）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（3）据电池反应式知，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应，电极反应式为PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，33.6L（标准状况）气体的物质的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，阴阳极上气体的物质的量之比为2：1，所以氧气的物质的量为0.5mol，H₂和D₂的物质的量之和为1mol，设H₂和D₂的物质的量分别是xmol、（1-x）mol，H₂和D₂的质量之和=2xg+4（1-x）g=18.5g-0.5mol×32g/mol=2.5g，x=0.75，所以H₂和D₂的物质的量分别是0.75mol、0.25mol，二者都是双原子分子，其物质的量之比等于分子数之比等于原子个数之比，所以混合气体中H原子和D原子个数之比=0.75mol：0.25mol=3：1，
故答案为：PbSO₄-2e^-+2H₂O=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺；3：1．

点评：本题考查了原电池和电解池原理及物质的量的计算，根据各个电极上得失电子书写电极反应，再结合电极反应式进行有关计算，题目难度中等．