Question

【题目】2018年12月8日，凌晨2时23分，我国在西昌卫星发射中心，嫦娥四号探测器搭载长征三号乙运载火箭成功发射，实现了世界首次月球背面软着陆和巡视探测，被认为是中国在工程技术和空间科学方面的双重跨越和创新。

I．肼（N2H4）又称联氨，常温时是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。

（1）已知在25℃、101kPa时，16g N2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出312kJ的热量，则N2H4完全燃烧的热化学方程式是___________________________________________________。

II．如下图所示，某研究性学习小组利用上述燃烧原理设计一个肼(N2H4)─空气燃料电池（如图甲）并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：

（2）甲装置中正极的电极反应式为：______________________________________。

（3）检验乙装置中石墨电极反应产物的方法是：___________________________。

（4）如果电解后丙装置精铜质量增加3.2g，则理论上甲装置中肼消耗质量为___________g。

III．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。该研究性学习小组又以肼(N2H4)─空气燃料电池为电源对铝材表面进行如下处理：

（5）流程⑤中以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，最终可在铝材表面形成氧化膜，该电解的阳极电极反应式为__________________________________。

（6）取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，其反应的离子方程式是__________________________________________________________。

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－ 将湿润的碘化钾淀粉试纸放在C电极附近，看试纸是否变蓝色 0.8 2Al＋3H2O－6e－＝ Al2O3＋6H＋；或2Al＋3H2O → Al2O3＋6H＋＋6e－ Al3＋＋3HCO3－＝Al(OH)3↓＋3CO2↑

【解析】

(1)依据热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应量的反应热写出热化学方程式;
(2) 甲装置是燃料电池，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
(3)乙装置中石墨电极是阳极，氯离子放电生成氯气；

(4)根据转移电子相等，列出关系式:N2H4~2Cu进行分析求解；

(5) 流程⑤中阳极上铝失电子和水反应生成氧化铝；

(6)铝失电子生成铝离子进入溶液，废电解液中含有铝离子，铝离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀。

(1)16.0g气态肼(N2H4)物质的量为0.5mol，在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水，放出热量312kJ，1mol气态肼(N2H4)燃烧放热624KJ，反应的热化学方程式为:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-624KJ/mol；
(2) 甲装置是燃料电池，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-；
(3) 乙装置中石墨电极是阳极，氯离子放电生成氯气，检验氯气的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸，观察是否变蓝；

(4) 转移电子相等，有关系式: N2H4 ~ 2Cu
32128
m3.2g
则m= =0.8g；
(5) 流程⑤中阳极上铝失电子和水反应生成氧化铝和氢离子，电极反应式为2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+；

(6)铝失电子生成铝离子进入溶液，废电解液中含有铝离子，铝离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀，离子方程式为Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑。