Question

肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．
（1）已知在25℃，101kPa时，16.0g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量312kJ，N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是    ．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，负极的电极反应式是：    ．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将    （填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）如图是一个电化学装置示意图．用肼--空气燃料电池做此装置的电源．如果A是铂电极，B是石墨电极，C是500mL足量的饱和氯化钠溶液，当两极共产生1.12L气体时，溶液的pH为    ，则肼-空气燃料电池理论上消耗的空气    L（气体体积在标准状况下测定，假设空气中氧气体积分数为20%）
（3）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因    ．
（4）常温下将0.2mol/L HCl溶液与0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液等体积混合（忽略混合后溶液体积的变化），若测得混合溶液的pH=6，则混合溶液中由水电离出的c（H⁺）    0.1mol/L HCl溶液中由水电离出的c（H⁺）（填“大于”、“小于”、或“等于”）．
（5）已知：在相同条件下N₂H₄?H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度．常温下，若将0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合，则溶液中N₂H⁺₅、Cl^-、OH^-、H⁺离子浓度由大到小的顺序为    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据肼和反应热的关系计算出其燃烧热，并写出其相应的热化学方程式；燃料电池中，负极上投放的是燃料，负极上燃料失电子发生氧化反应；根据溶液中氢氧根离子浓度的变化判断溶液pH值的变化；
（2）根据电池反应式确定氢气的体积，根据氢气的体积计算氢氧化钠的浓度，由水的离子积常数计算氢离子浓度，从而确定溶液的pH值；
（3）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子；
（4）常温下，混合溶液的pH=6，溶液显酸性，则酸电离产生的氢离子大于水电离产生的氢离子；
（5）将0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合，得到等量的N₂H₄?H₂O、N₂H₅C1，由相同条件下N₂H₄?H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，则溶液显碱性，即c（OH^-）＞c（H⁺）．
解答：解：（1）16.0g肼的物质的量==0.5mol，0.5molN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气放出热量312kJ，则1mol肼在氧气中完全燃烧放热的热量为624KJ，所以其热化学反应方程式为：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol；燃料电池中负极上投放的是燃料肼，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为：N₂H₂+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；反应过程中生成水导致溶液中氢氧根离子浓度减小，所以溶液的pH值变小．
故答案为：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol；N₂H₂+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂；减小；
（2）电解食盐水的方程式为：2NaCl+2H₂O2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，根据方程式知，阴阳极上生成的气体物质的量相等，即体积也相等，所以生成氢气的体积是0.56L，生成0.56L氢气同时生成氢氧化钠的物质的量=×2=0.05mol，氢氧化钠的物质的量浓度==0.1mol/L，氢离子浓度为10^-13 mol/L，所以溶液的pH=13；
根据得失电子数相等，生成0.56L氢气转移的电子数与空气中氧气转移的电子数相等，设空气的体积为XL．
0.56L×2=0.2XL×4，X=1.4．
故答案为：13；1.4；
（3）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子，
电离方程式为N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₅⁺+H₂O=N₂H₆²⁺+OH^-．
故答案为：N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₅⁺+H₂O=N₂H₆²⁺+OH^-；
（4）常温下，混合溶液的pH=6，溶液显酸性，则酸电离产生的氢离子大于水电离产生的氢离子，由水电离出的
c（H⁺）为10^-8mol/L，0.1mol/LHCl溶液中由水电离出的c（H⁺）为=10^-13mol/L，
故答案为：大于；
（5）将0.2mol/L N₂H₄?H₂O溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合，得到等量的N₂H₄?H₂O、N₂H₅C1，由相同条件下N₂H₄?H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，则c（N₂H⁺₅）＞c（Cl^-），又溶液显碱性，即c（OH^-）＞c（H⁺），电离、水解的程度都不大，所以c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
点评：本题为综合性习题，考查盖斯定律、热化学反应方程式、电化学、电离、水解、离子浓度大小的比较等知识点，难度较大，注重高考热点的考查及知识迁移能力的训练．