Question

【題目】2018年12月8日，凌晨2時23分，我國在西昌衛星發射中心，嫦娥四號探測器搭載長征三號乙運載火箭成功發射，實現了世界首次月球背面軟著陸和巡視探測，被認為是中國在工程技術和空間科學方面的雙重跨越和創新。

I．肼（N2H4）又稱聯氨，常溫時是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。

（1）已知在25℃、101kPa時，16g N2H4在氧氣中完全燃燒生成氮氣，放出312kJ的熱量，則N2H4完全燃燒的熱化學方程式是___________________________________________________。

II．如下圖所示，某研究性學習小組利用上述燃燒原理設計一個肼(N2H4)─空氣燃料電池（如圖甲）并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。

根據要求回答相關問題：

（2）甲裝置中正極的電極反應式為：______________________________________。

（3）檢驗乙裝置中石墨電極反應產物的方法是：___________________________。

（4）如果電解后丙裝置精銅質量增加3.2g，則理論上甲裝置中肼消耗質量為___________g。

III．對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。該研究性學習小組又以肼(N2H4)─空氣燃料電池為電源對鋁材表面進行如下處理：

（5）流程⑤中以鋁材為陽極，在H2SO4 溶液中電解，最終可在鋁材表面形成氧化膜，該電解的陽極電極反應式為__________________________________。

（6）取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產生氣泡和白色沉淀，其反應的離子方程式是__________________________________________________________。

Answer 1

【答案】N2H4(l )＋O2(g)＝N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－624 kJ·mol－1

或1/2N2H4(l )＋1/2O2(g)＝1/2N2(g)＋H2O(l) ΔH＝－312 kJ·mol－1 O2＋2H2O＋4e－＝ 4OH－或O2＋2H2O＋4e－ → 4OH－ 將濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在C電極附近，看試紙是否變藍色 0.8 2Al＋3H2O－6e－＝ Al2O3＋6H＋；或2Al＋3H2O → Al2O3＋6H＋＋6e－ Al3＋＋3HCO3－＝Al(OH)3↓＋3CO2↑

【解析】

(1)依據熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態和對應量的反應熱寫出熱化學方程式;
(2) 甲裝置是燃料電池，正極上氧化劑得電子發生還原反應；
(3)乙裝置中石墨電極是陽極，氯離子放電生成氯氣；

(4)根據轉移電子相等，列出關系式:N2H4~2Cu進行分析求解；

(5) 流程⑤中陽極上鋁失電子和水反應生成氧化鋁；

(6)鋁失電子生成鋁離子進入溶液，廢電解液中含有鋁離子，鋁離子和碳酸氫根離子發生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀。

(1)16.0g氣態肼(N2H4)物質的量為0.5mol，在氧氣中完全燃燒生成氮氣和液態水，放出熱量312kJ，1mol氣態肼(N2H4)燃燒放熱624KJ，反應的熱化學方程式為:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624KJ/mol；
(2) 甲裝置是燃料電池，正極上氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為:O2+4e-+2H2O=4OH-；
(3) 乙裝置中石墨電極是陽極，氯離子放電生成氯氣，檢驗氯氣的方法是用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，觀察是否變藍；

(4) 轉移電子相等，有關系式: N2H4 ~ 2Cu
32128
m3.2g
則m= =0.8g；
(5) 流程⑤中陽極上鋁失電子和水反應生成氧化鋁和氫離子，電極反應式為2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+；

(6)鋁失電子生成鋁離子進入溶液，廢電解液中含有鋁離子，鋁離子和碳酸氫根離子發生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀，離子方程式為Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑。