Question

14．（1）“天宮一號”于2011年9月在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，標志著我國的航空航天技術(shù)邁進了一大步．火箭的第一、二級發(fā)動機中，所用的燃料為偏二甲胼和四氧化二氮，偏二甲肼可用胼來制備．
①用肼（N₂H₄）為燃料，四氧化二氮做氧化劑，兩者反應(yīng)生成氮氣和氣態(tài)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
寫出氣態(tài)肼和N₂O₄反應(yīng)的熱化學方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7kJ/mol．
②已知四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮．試推斷由二氧化氮制取四氧化二氮的反應(yīng)條件（或措施）：增大壓強、降溫．
（2）科學家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空．如圖l所示裝置中，以稀土金屬材料做惰性電極，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-離子（O₂+4e^-═2O^2-）．
①c電極的名稱為正極，d電極上的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O．
②如圖2所示電解l00mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．若a電極產(chǎn)生56mL（標準狀況）氣體，則所得溶液的pH=1（不考慮溶液體積變化），若要使電解質(zhì)溶液恢復到電解前的狀態(tài)，可加入ac（填序號）．
a． CuO    b．Cu（OH）₂    c．CuCO₃  d．Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，
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，
由蓋斯定律b×2-a得到；
②依據(jù)化學平衡移動原理和影響因素分析判斷，2NO₂=N₂O₄，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
（2）①依據(jù)裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣的電子發(fā)生還原反應(yīng)，d為負極，甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②圖2是電解池，與電源正極連接的a電極為陽極，發(fā)生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，b為陰極，發(fā)生為Cu²⁺+2e^-═Cu，結(jié)合電極方程式計算，所得溶液電解過程中CuSO₄溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使CuSO₄溶液，恢復原濃度，應(yīng)加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢復溶液濃度的定量關(guān)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
由蓋斯定律b×2-a得到 2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7KJ/mol，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1096.7KJ/mol；
②四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮，由二氧化氮制取四氧化二氮，2NO₂=N₂O₄，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小所以反應(yīng)條件為：增大壓強、降溫都有利于反應(yīng)正向進行；
故答案為：增大壓強、降溫．
（2）①圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-離子，負極電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O，
故答案為：正極，CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂↑+2H₂O；
②如圖2所示電解100mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，與電源正極相連的為陽極，溶液中 氫氧根離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；
若a電極產(chǎn)生56mL（標準狀況）氣體為氧氣，物質(zhì)的量為0.0025mol，消耗氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；
則所得溶液電解過程中CuSO₄溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使CuSO₄溶液，恢復原濃度，應(yīng)加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢復溶液濃度的定量關(guān)系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因為CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相當于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶質(zhì)外還增加了水；故選ac．
故答案為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；1；ac．

點評 本題考查蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學平衡的影響因素分析判斷，原電池原理的應(yīng)用，側(cè)重于考查電極的判斷和電解方程式的書寫，注意平衡移動原理的分析，在注重對基礎(chǔ)知識鞏固和訓練的同時，主要是側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，提高學生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力．本題考查了蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學平衡的影響因素分析判斷，原電池原理的應(yīng)用，側(cè)重于考查電極的判斷和電解方程式的書寫，注意平衡移動原理的分析判斷，題目難度中等．