Question

“神舟七号”成功登天标志着我国的航天事业进入了新的篇章．
（1）火箭升空需要高能燃料，通常用N₂O₄和N₂H₄作燃料，工业上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以进一步制备联氨（N₂H₄）等．已知：
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：

 

．
（2）某空间站局部能量转化系统如图所示，其中氢氧燃料电池采用KOH溶液为电解液，燃料电池放电时的负极反应式为

 

．如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L（已折算成标况）气体，则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为

 

mol．

（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离出CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现转化2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应式为4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，则阴极反应式为

 

．
有人提出，可以设计反应2CO═2C+O₂（△H＞0）来消除CO的污染．请你判断上述反应是否能自发进行？

 

（填“是”或“否”），理由是

 

．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行适当的加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减；
（2）燃料电池的负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，即2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O，如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L，为1.5mol气体，则生成氢气1mol，转移电子2mol；
（3）阴极发生还原反应，CO₂得电子生成CO，根据△G=△H-T?△S判断反应能否自发进行．

解答：解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
根据盖斯定律，②×2-①-③×2得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-534.0kJ?mol^-1）-67.7kJ?mol^-1-2×（-26.35kJ?mol^-1）=-1073.2kJ?mol^-1，
故热化学方程式为2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1073.2kJ?mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1073.2kJ?mol^-1；
（2）燃料电池的负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，即2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O，如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L，为1.5mol气体，则生成氢气1mol，转移电子2mol，故答案为：2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O；2；
（3）阴极发生还原反应，CO₂得电子生成CO，电极反应式为CO₂+2e^-+H₂O=CO+2OH^-，反应2CO═2C+O₂（△H＞0），△S＜0，则△H-T?△S＞0，反应不能自发进行，
故答案为：CO₂+2e^-+H₂O=CO+2OH^-；否；△H＞0吸热，△S＜0．

点评：本题考查利用盖斯定律进行反应热计算、原电池等，利用信息来考查化学与能源问题，注重了与生活实际的紧密联系，也体现了利用所学课本知识能够学以致用，该题基础性强，难度中等，注意电极反应式的书写，为易错点、难点．