Question

2007年11月，我国自行研制的长征三号甲运载火箭载着“嫦娥一号”探测器升空，成功实现了绕月飞行．第一、二级火箭使用的推进剂是液态偏二甲肼和四氧化二氮．已知偏二甲肼含C、H、N三种元素，其中C、N两元素的质量分数分别为40.0% 和46.7%，在气态时，偏二甲肼的密度是相同条件下H₂密度的30倍．请填写下列空白：
（1）偏二甲肼的分子式为

C₂H₈N₂

；若0.2mol液态偏二甲肼与液态N₂O₄完全反应，生成气态的N₂、H₂O和CO₂，同时放出510kJ热量，试写出该反应的热化学方程式：

C₂H₈N₂（1）+2N₂O₄（1）═2CO₂（g）+4H₂O（g）+3N₂（g）；△H=-2550kJ?mol^-1

（2）满足偏二甲肼分子式的同分异构体有

6

种．写出符合分子中含两个甲基的结构简式：

CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-N（CH₃）₂

．
（3）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性液体，也可用作火箭燃料．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，放电时生成氮气和水，则肼-空气燃料电池放电时，负极的电极反应式是

N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O

．
（4）肼可看作是氨分子内的一个氢原子被氨基取代的衍生物，肼的水溶液呈弱碱性，是因为溶液中存在平衡：H₂N-NH₂+H₂O

H₂N-NH₃⁺+OH^-（或N₂H₃⁺+OH^-）

．

Answer 1

分析：（1）根据分子中各个元素的质量分数来确定物质的分子式，根据0.2mol液态偏二甲肼与液态N₂O₄完全反应，生成气态的
N₂、H₂O和CO₂，同时放出510kJ热量来书写热化学方程式；
（2）同分异构体是分子式相同而结构不同的有机物之间的互称；
（3）燃料电池的负极反应是燃料失电子的氧化反应；
（4）根据电离平衡的特点来书写．

解答：解：（1）偏二甲肼含C、H、N三种元素，其中C、N、H元素的质量分数分别为40.0%、46.7%、13.3%，所以三种原子的个数比=各个原子的质量分数和相对原子质量比的比值，即C：H：N=

40.0%

12

：

13.3%

1

：

46.7%

14

=1：4：1，所以偏二甲肼分子的最简式为：CH₄N，偏二甲肼的密度是相同条件下H₂密度的30倍，所以偏二甲肼的相对分子质量是60，
即分子式为C₂H₈N₂，0.2mol液态偏二甲肼与液态N₂O₄完全反应，生成气态的N₂、H₂O和CO₂，同时放出510kJ热量，则1mol液态偏二甲肼与液态N₂O₄完全反应，生成气态的N₂、H₂O和CO₂，同时会放出2550kJ热量，
热化学方程式为：C₂H₈N₂（1）+2N₂O₄（1）═2CO₂（g）+4H₂O（g）+3N₂（g）；△H=-2550 kJ?mol^-1，
故答案为：C₂H₈N₂，C₂H₈N₂（1）+2N₂O₄（1）═2CO₂（g）+4H₂O（g）+3N₂（g）；△H=-2550 kJ?mol^-1；
（2）连二甲苯的同分异构体有NH₂-NH-CH₂-CH₃、NH₂-CH₂-NH-CH₃、CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-CH（NH₂）-CH₃、NH₂-CH₂-CH₂-NH₂、NH₂-N（CH₃）₂共6种，其中符合分子中含两个甲基的结构简式分别为：CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-N（CH₃）₂，故答案为：6；CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-N（CH₃）₂；
（3）燃料电池中，负极上的电极反应一定是燃料失电子的过程，肼-空气燃料电池放电时，在氢氧化钾为电解质的环境下，负极的电极反应为：N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O，故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O；
（4）肼的水溶液呈弱碱性，是因为溶液中存在平衡H₂N-NH₂+H₂OH₂N-NH₃⁺+OH^-（或N₂H₃⁺+OH^-），
故答案为：H₂N-NH₃⁺+OH^-（或N₂H₃⁺+OH^-）．

点评：本题涉及热化学和电化学的综合知识考查，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．