Question

【題目】肼( N2H4）和偏二甲肼(C2H8N2 )常用于火箭推進劑和燃料電池，NO2的二聚體N2O4 則是火箭中常用氧化劑。回答下列問題：

（1）肼燃料電池原理如圖所示，左邊電極上發生的電極反應式為_____________________；電池工作時OH-向____________移動（填“負極”或“正極”），整個溶液的堿性_________（填“減小”或“增大”）。

（2）火箭常用 N2O4 作氧化劑，肼作燃料，已知：

①N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) △H1＝－66.7kJ·mol-1

②N2H4(g)＋O2(g)＝N2(g)＋2H2O(g) △H2＝－530.5kJ·mol-1

③2NO2(g) N2O4(g) △H3＝－55.7kJ·mol-1

寫出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：______________。

（3）“長征二號”火箭所用的燃料是偏二甲肼(C2H8N2)(其中N的化合價為-3)和四氧化二氮(N2O4)。在火箭升空過程中燃料發生反應 C2H8N2 +2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O↑。下列有關敘述正確的是_____________________

A. 該反應中N2O4是氧化劑，偏二甲肼是還原劑 B. 每消耗1molC2H8N2，轉移電子數目為16NA

C. CO2既不是氧化產物也不是還原產物 D. N2既是氧化產物又是還原產物

Answer 1

【答案】 N2H4－4e－＋4OH－＝N2＋4H2O 負極 減小 2N2H4(g)＋N2O4(g)＝3N2(g)＋4H2O(g) △H＝－938.6 kJ· mol－1 ABD

【解析】Ⅰ.(1)根據原電池工作原理，左端為負極,在堿性電解質中失去電子生成氮氣和水,電極反應為N2H4－4e－＋4OH－＝N2＋4H2O ；電池工作時OH-向負極移動參加了反應，整個溶液的堿性減小。因此，本題正確答案是: N2H4－4e－＋4OH－＝N2＋4H2O 負極 減小。
(2)由①N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) △H1＝－66.7kJ·mol-1；②N2H4(g)＋O2(g)＝N2(g)＋2H2O(g) △H2＝－530.5kJ·mol-1；③2NO2(g) N2O4(g) △H3＝－55.7kJ·mol-1。根據蓋斯定律可以知道②2-①-③得2N2H4(g)＋N2O4(g)＝3N2(g)＋4H2O(g) △H＝(－530.5kJ·mol-1)2－(－66.7kJ·mol-1)-( －55.7kJ·mol-1)=938.6 kJ· mol－1 。即熱化學方程式為2N2H4(g)＋N2O4(g)＝3N2(g)＋4H2O(g) △H＝－938.6 kJ· mol－;
（3）A.在 C2H8N2 +2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O↑反應中，C2H8N2中C元素化合價由-1價升高到+4價,N元素化合價由-3價升高到0價,偏二甲肼是還原劑, N2O4中N元素化合價由+4價升高到0價,化合價降低，所以N2O4做氧化劑，所以A選項是正確的; B. 結合上述分析，每個C原子轉移5個電子，每個N原子轉移3個電子，所以每消耗1molC2H8N2，轉移電子數目為52+32=16NA,，故B正確；C. 根據C2H8N2 +2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O↑，C元素化合價由-1價升高到+4，所以CO2是氧化產物，故C錯誤；D. 根據反應方程式知N2既是C2H8N2中的氮元素被氧化的產物，也是N2O4被還原的產物，所以D正確；答案：ABD。