Question

14．（1）“天宫一号”于2011年9月在酒泉卫星发射中心发射，标志着我国的航空航天技术迈进了一大步．火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲胼和四氧化二氮，偏二甲肼可用胼来制备．
①用肼（N₂H₄）为燃料，四氧化二氮做氧化剂，两者反应生成氮气和气态水．
已知：N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（g）△H=10.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
写出气态肼和N₂O₄反应的热化学方程式为2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7kJ/mol．
②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮．试推断由二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件（或措施）：增大压强、降温．
（2）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空．如图l所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2-离子（O₂+4e^-═2O^2-）．
①c电极的名称为正极，d电极上的电极反应式为CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O．
②如图2所示电解l00mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，a电极上的电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．若a电极产生56mL（标准状况）气体，则所得溶液的pH=1（不考虑溶液体积变化），若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入ac（填序号）．
a． CuO    b．Cu（OH）₂    c．CuCO₃  d．Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，
a、N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H=10.7kJ•mol^-1；
b、N₂H₄（g）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1，
由盖斯定律b×2-a得到；
②依据化学平衡移动原理和影响因素分析判断，2NO₂=N₂O₄，反应是气体体积减小的放热反应；
（2）①依据装置图中电流流向分析，c为正极，氧气的电子发生还原反应，d为负极，甲烷失电子发生氧化反应；
②图2是电解池，与电源正极连接的a电极为阳极，发生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，b为阴极，发生为Cu²⁺+2e^-═Cu，结合电极方程式计算，所得溶液电解过程中CuSO₄溶液每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子，相当于损失一个CuO，为了使CuSO₄溶液，恢复原浓度，应加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢复溶液浓度的定量关系．

解答 解：（1）①a、N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H=10.7kJ•mol^-1；b、N₂H₄（g）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
由盖斯定律b×2-a得到 2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7KJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7KJ/mol；
②四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮，由二氧化氮制取四氧化二氮，2NO₂=N₂O₄，反应是放热反应，反应前后气体体积减小所以反应条件为：增大压强、降温都有利于反应正向进行；
故答案为：增大压强、降温．
（2）①图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2-离子，负极电极反应为：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O，
故答案为：正极，CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O；
②如图2所示电解100mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，发生的电解池反应为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，与电源正极相连的为阳极，溶液中 氢氧根离子失去电子发生氧化反应，电极反应为：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；
若a电极产生56mL（标准状况）气体为氧气，物质的量为0.0025mol，消耗氢氧根离子物质的量为0.01mol，溶液中生成氢离子物质的量为0.01mol，c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；
则所得溶液电解过程中CuSO₄溶液每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子，相当于损失一个CuO，为了使CuSO₄溶液，恢复原浓度，应加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢复溶液浓度的定量关系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因为CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相当于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶质外还增加了水；故选ac．
故答案为：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；1；ac．

点评 本题考查盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析判断，原电池原理的应用，侧重于考查电极的判断和电解方程式的书写，注意平衡移动原理的分析，在注重对基础知识巩固和训练的同时，主要是侧重对学生能力的培养，有助于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．本题考查了盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析判断，原电池原理的应用，侧重于考查电极的判断和电解方程式的书写，注意平衡移动原理的分析判断，题目难度中等．