Question

10．通常把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能．已知部分化学键的键能如下：

化学键	N-H	N-N	O═O	N≡N	O-H
键能 （kJ•mol-1）	386	167	498	946	460

（1）发射神舟飞船的长征火箭用了肼（N₂H₄，气态）为燃料，若它在氧气（气态）中燃烧，生成N₂（气态）和H₂O（液态）．1mol肼完全燃烧时放出的热量为577kJ．
（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，正极的电极反应式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（3）已知N₆₀分子中每个N原子均以氮氮键结合三个氮原子，且N₆₀分子结构中每个氮原子均形成8个电子的稳定结构．试推测1个N₆₀的结构含有90个N-N键．

Answer 1

分析 （1）先写出化学方程式N₂H₄+O₂═N₂+2H₂O，然后根据焓变=反应物的总键能-生成物的总键能计算焓变，再根据化学方程式计算1mol肼完全燃烧时放出的热量；
（2）肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，据此分析解答；
（3）N₆₀分子中每个N原子均以氮氮单键结合三个氮原子，且N₆₀结构中每个氮原子均形成8个电子的稳定结构，每个N-N键为一个N原子提供$\frac{1}{2}$；

解答 解：（1）N₂H₄燃烧的化学方程式为N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=反应物的总键能-生成物的总键能=167 kJ•mol^-1+386 kJ•mol^-1×4+498 kJ•mol^-1-946 kJ•mol^-1-460 kJ•mol^-1×4=-577 kJ•mol^-1，N₂H₄燃烧的热化学方程式为N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-577 kJ•mol^-1，所以1mol肼完全燃烧时放出的热量为577 kJ，
故答案为：577kJ；
（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↑，正极发生还原反应，电极方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）N₆₀分子中每个N原子均以氮氮单键结合三个氮原子，且N₆₀结构中每个氮原子均形成8个电子的稳定结构，每个N-N键为一个N原子提供$\frac{1}{2}$，则1个N₆₀分子的结构中含有N-N数目为60×3×$\frac{1}{2}$=90，
故答案为：90；

点评 本题考查了化学反应的能量变化与反应的焓变关系、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、物质结构特征分析，注意反应热与键能以及化学计量数间的关系和分子结构的分摊法计算化学键数，题目难度中等．