Question

【題目】肼(N2H4)又稱聯氨，廣泛用于火箭推進劑、有機合成及燃料電池等方面，NO2的二聚體N2O4是火箭中常用的氧化劑。請回答下列問題：

（1）肼燃料電池的原理如圖1所示，左邊電極上發生反應的電極反應式為 。

（2）火箭常用N2O4作氧化劑，肼作燃料，已知：

① N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH1=67.7 kJ·mol1；

② N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH2=534.0 kJ·mol1；

③2NO2(g)N2O4(g) ΔH3=52.7 kJ·mol1。

氣態肼在氣態四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態水的熱化學方程式為 。

（3）聯氨在工業生產中常以氨和次氯酸鈉為原料獲得，也可在高錳酸鉀作催化劑條件下，用尿素[CO(NH2)2]和次氯酸鈉、氫氧化鈉溶液反應獲得，尿素法反應的離子方程式為 。

（4）某模擬“人工樹葉”的電化學實驗裝置如圖2所示，該裝置能將H2O和CO2轉化為O2和燃料(C3H8O)。該裝置工作時，H+從 (填字母，后同)極區向 極區遷移，將電能轉化為 能，每生成1 mol O2，有 g CO2被還原(小數點后保留1位數字)。

（5）圖3中甲裝置為C3H8O的燃料電池(電解質溶液為KOH溶液)裝置，該同學想在乙裝置中實現鐵上鍍銅，則f處通 ，寫出電極c上的電極反應式： 。

Answer 1

【答案】（1）N2H44e+4OHN2+4H2O

（2）2N2H4(g)+N2O4(g) 3N2(g)+4H2O(g) ΔH=947.6 kJ·mol1

（3）CO(NH2)2+ClO+2OHN2H4↑++Cl+H2O

（4）b a 化學能 29.3

（5）O2 C3H8O 18e + 24OH 3+16H2O

【解析】（1）由圖1可知燃料電池左邊是N2H4生成N2和H2O，N化合價升高，N2H4失去電子發生氧化反應。

（2）由蓋斯定律知，②×2①③可得2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=947.6 kJ·mol1。

（3）ClO作氧化劑，被尿素還原成Cl，尿素則被氧化為聯氨，再根據原子個數守恒，即可寫出離子方程式。

（4）由圖2知，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，該裝置工作時，在b極(陽極)H2O失去電子被氧化為O2，同時產生H+，H+從b極區向a極(陰極)區移動，由得失電子守恒知，每生成1 mol O2轉移4 mol e，每消耗1 mol CO2轉移6 mol e，則被還原的CO2的質量為 mol×44 g·mol1≈29.3 g。

（5）由圖3可知，在Fe極上鍍Cu，則Fe為陰極，Cu為陽極，則與Cu相連的燃料電池的d極為正極，所以f處通入O2。燃料電池的c極為負極，e處通入C3H8O，C3H8O被氧化為。

【備注】本題以考生比較熟悉的肼為載體，兩題均考查熱化學和電化學綜合知識，需要特別注意的是電極反應式書寫時要考慮溶液的酸堿性環境。