Question

11．你被遗忘在火星上，如何生存下去等待救援呢？
（1）获得氢气．向火箭燃料液态联氨（N₂H₄）中加入铱催化剂，分解生成氮气和氢气．
已知：3N₂H₄（l）?4NH₃（g）+N₂（g）△H=-336.6kJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
则N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g）△H=-50.6kJ•mol^-1，该反应平衡常数的表达式为$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$．
（2）获得氧气．火星大气中有稀薄的CO₂．
以碱溶液为电解质可实现如下转化2CO₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2CO+O₂，该反应在一定条件下能自发进行的原因是△S＞0，阴极的反应式为2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
（3）获得水．火星上含有高浓度高氯酸根的有毒卤水，可对其进行生物降解．
Ⅰ．在微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-还原，过程如图1所示．CH₃COO^-也可作为碳元素的来源，促进微生物生长．

①该过程总反应的离子方程式为ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-．
②CH₃COO^-的浓度对ClO₄^-降解程度的影响如图2所示，则12小时后，CH₃COO^-浓度小于0.4g/L的条件下，ClO₄^-的降解几乎停滞的原因是CH₃COO^-浓度过低，不能促进微生物生长，失去催化作用，反应速率显著降低．
Ⅱ．高氯酸、盐酸和硝酸的酸性在水溶液中差别不大．某温度下，这三种酸在冰醋酸中的电离平衡常数如表所示．冰醋酸做溶剂，这三种酸酸性最强的是HClO₄．在冰醋酸中，盐酸的电离方程式为HCl?H⁺+Cl^-．

酸	HClO4	HCl	HNO3
Ka	1.6×10-5	1.6×10-9	4.2×10-10

Answer 1

分析 （1）已知：①3N₂H₄（l）?4NH₃（g）+N₂（g）△H=-336.6kJ•mol^-1
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
则①×$\frac{1}{3}$-②×$\frac{2}{3}$得到N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），据盖斯定律来计算；平衡常数K=$\frac{各生成物平衡浓度系数次幂之积}{各反应物平衡浓度系数次幂之积}$；
（2）电解池可以实现分自发的氧化还原反应的发生，根据自发进行的判据△H-T△S＜0来判断；在电解池的阴极上发生得电子的还原反应，据此回答；
（3）Ⅰ、①微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-还原，得到二氧化碳和氯离子，据此书写离子方程式；
②根据CH₃COO^-的浓度对ClO₄^-降解程度的影响图可以看出：CH₃COO^-浓度过低，不能促进微生物生长；
Ⅱ、电离平衡常数越大，酸的电离程度越大，酸性越强；在冰醋酸中，盐酸不能完全电离，据此回答．

解答 解：（1）已知：①3N₂H₄（l）?4NH₃（g）+N₂（g）△H=-336.6kJ•mol^-1
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
据盖斯定律，则①×$\frac{1}{3}$-②×$\frac{2}{3}$得到N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），所以
△H=（-336.6kJ•mol^-1）×$\frac{1}{3}$-（-92.4kJ•mol^-1）×$\frac{2}{3}$=-50.6kJ•mol^-1，平衡常数K=$\frac{各生成物平衡浓度系数次幂之积}{各反应物平衡浓度系数次幂之积}$=$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$，
故答案为：-50.6；K=$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$；
（2）转化2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂是一个熵增加的反应，有利于自发进行；在电解池的阴极上发生得电子的还原反应，阴极的反应式为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：△S＞0；2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（3）Ⅰ、①微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-还原，得到二氧化碳和氯离子，离子方程式为：ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-，故答案为：ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-；
②根据CH₃COO^-的浓度对ClO₄^-降解程度的影响图可以看出：CH₃COO^-浓度过低，不能促进微生物生长CH₃COO^-浓度小于0.4g/L的条件下，ClO₄^-的降解几乎停滞，故答案为：CH₃COO^-浓度过低，不能促进微生物生长，失去催化作用，反应速率显著降低；
Ⅱ、电离平衡常数越大，酸的电离程度越大，酸性越强，所以这三种酸酸性最强的是HClO₄；在冰醋酸中，盐酸不能完全电离，电离方程式为：HCl?H⁺+Cl^-．
故答案为：HClO₄；HCl?H⁺+Cl^-．

点评 本题综合考查学生盖斯定律的应用、电解池的工作原理以及弱电解质的电离等方面的知识，属于综合知识的考查，注意知识的迁移应用是关键，难度中等．