Question

2007年11月，我國自行研制的長征三號甲運(yùn)載火箭載著“嫦娥一號”探測器升空，成功實(shí)現(xiàn)了繞月飛行．第一、二級火箭使用的推進(jìn)劑是液態(tài)偏二甲肼和四氧化二氮．已知偏二甲肼含C、H、N三種元素，其中C、N兩元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.0% 和46.7%，在氣態(tài)時(shí)，偏二甲肼的密度是相同條件下H₂密度的30倍．請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）偏二甲肼的分子式為______；若0.2mol液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)N₂O₄完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的N₂、H₂O和CO₂，同時(shí)放出510kJ熱量，試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______
（2）滿足偏二甲肼分子式的同分異構(gòu)體有______種．寫出符合分子中含兩個甲基的結(jié)構(gòu)簡式：______．
（3）肼（N₂H₄）又稱聯(lián)氨，是一種可燃性液體，也可用作火箭燃料．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，放電時(shí)生成氮?dú)夂退�，則肼-空氣燃料電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式是______．
（4）肼可看作是氨分子內(nèi)的一個氫原子被氨基取代的衍生物，肼的水溶液呈弱堿性，是因?yàn)槿芤褐写嬖谄胶猓篐₂N-NH₂+H₂O______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)分子中各個元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來確定物質(zhì)的分子式，根據(jù)0.2mol液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)N₂O₄完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的
N₂、H₂O和CO₂，同時(shí)放出510kJ熱量來書寫熱化學(xué)方程式；
（2）同分異構(gòu)體是分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)物之間的互稱；
（3）燃料電池的負(fù)極反應(yīng)是燃料失電子的氧化反應(yīng)；
（4）根據(jù)電離平衡的特點(diǎn)來書寫．
解答：解：（1）偏二甲肼含C、H、N三種元素，其中C、N、H元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.0%、46.7%、13.3%，所以三種原子的個數(shù)比=各個原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相對原子質(zhì)量比的比值，即C：H：N=：：=1：4：1，所以偏二甲肼分子的最簡式為：CH₄N，偏二甲肼的密度是相同條件下H₂密度的30倍，所以偏二甲肼的相對分子質(zhì)量是60，
即分子式為C₂H₈N₂，0.2mol液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)N₂O₄完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的N₂、H₂O和CO₂，同時(shí)放出510kJ熱量，則1mol液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)N₂O₄完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的N₂、H₂O和CO₂，同時(shí)會放出2550kJ熱量，
熱化學(xué)方程式為：C₂H₈N₂（1）+2N₂O₄（1）═2CO₂（g）+4H₂O（g）+3N₂（g）；△H=-2550 kJ?mol^-1，
故答案為：C₂H₈N₂，C₂H₈N₂（1）+2N₂O₄（1）═2CO₂（g）+4H₂O（g）+3N₂（g）；△H=-2550 kJ?mol^-1；
（2）連二甲苯的同分異構(gòu)體有NH₂-NH-CH₂-CH₃、NH₂-CH₂-NH-CH₃、CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-CH（NH₂）-CH₃、NH₂-CH₂-CH₂-NH₂、NH₂-N（CH₃）₂共6種，其中符合分子中含兩個甲基的結(jié)構(gòu)簡式分別為：CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-N（CH₃）₂，故答案為：6；CH₃-NH-NH-CH₃、NH₂-N（CH₃）₂；
（3）燃料電池中，負(fù)極上的電極反應(yīng)一定是燃料失電子的過程，肼-空氣燃料電池放電時(shí)，在氫氧化鉀為電解質(zhì)的環(huán)境下，負(fù)極的電極反應(yīng)為：N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O，故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O；
（4）肼的水溶液呈弱堿性，是因?yàn)槿芤褐写嬖谄胶釮₂N-NH₂+H₂OH₂N-NH₃⁺+OH^-（或N₂H₃⁺+OH^-），
故答案為：H₂N-NH₃⁺+OH^-（或N₂H₃⁺+OH^-）．
點(diǎn)評：本題涉及熱化學(xué)和電化學(xué)的綜合知識考查，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．