Question

氮元素有多種氫化物，如氨（NH₃）、肼（N₂H₄）等．
（1）肼（N₂H₄）又稱聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料．已知在25℃，101kPa時(shí)，N₂H₄的燃燒熱為624KJ/mol，又已知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44KJ/mol．則N₂H₄完全燃燒生成氮?dú)夂退�蒸汽的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液．該電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式是

 

．如果此燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率為50%，當(dāng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣2.24L（假設(shè)空氣中氧氣體積含量為20%）時(shí)，此電池產(chǎn)生的電能為

 

（假設(shè)肼此時(shí)生成液態(tài)水）．
（3）1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marnellos和Stoukides采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實(shí)現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖，正極的電極反應(yīng)式為

 

．電池工作時(shí)，H⁺移向

 

極（填“正”、“負(fù)”）．

Answer 1

考點(diǎn)：常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)肼和反應(yīng)熱的關(guān)系計(jì)算出其燃燒熱，并結(jié)合蓋斯定律寫出其相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）燃料電池中，負(fù)極上投放的是燃料，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）原電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子均移向正極．

解答： （1）N₂H₄的燃燒熱為624KJ/mol，熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：①N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，又已知②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44KJ/mol，則N₂H₄完全燃燒生成氮?dú)夂退�蒸汽的熱化學(xué)方程式N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g），可以是①+2×②得到，即該反應(yīng)的焓變△H=-624kJ/mol+88kJ/mol=-536kJ/mol，
即N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-536kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-536kJ/mol；
（2）燃料電池中，負(fù)極上投放的是燃料肼，負(fù)極上燃料肼失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性介質(zhì)下，電極反應(yīng)為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O，根據(jù)熱化學(xué)方程式：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣2.24L（假設(shè)空氣中氧氣體積含量為20%）時(shí)，即消耗氧氣是0.02mol，此燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，電池產(chǎn)生的電能為624kJ×0.02×50%=6.24kJ，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；6.24kJ；
（3）合成氨的反應(yīng)中，氮?dú)獍l(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在原電池的正極上，就是氮?dú)獍l(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在酸性環(huán)境下，電極反應(yīng)式為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃ ，原電池中，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子均移向正極，
故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃ ；正．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查學(xué)生熱化學(xué)、電化學(xué)等方面的綜合知識(shí)，注意知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解題關(guān)鍵，難度中等．