Question

（14分）

“神七”登天標志著我國的航天事業(yè)進入了新的篇章。

（1）火箭升空需要高能的燃料，經(jīng)常是用N₂O₄和N₂H₄作為燃料，工業(yè)上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以進一步制備聯(lián)氨(N₂H₄)等。已知：

N₂(g) + 2O₂(g) ＝2NO₂(g)           △H = +67.7 kJ·mol^－1

N₂H₄(g) + O₂(g) ＝N₂(g) + 2H₂O(g)   △H = －534.0 kJ·mol^－1

NO₂(g) 1/2N₂O₄(g)                 △H = －26.35 kJ·mol^－1

試寫出氣態(tài)聯(lián)氨在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學方程式：

_______________________________________________________________________。

（2）下圖是某空間站能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的局部示意圖，其中燃料電池采用KOH為電解液，

燃料電池放電時的負極反應為：___________________________________。

如果某段時間內(nèi)氫氧儲罐中共收集到33.6L氣體（已折算成標況），則該段時間內(nèi)水電解系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為______________mol。

（3）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂。某種電化學裝置可實現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料。已知該反應的陽極反應為：4OH^——4e^— = O₂↑+2H₂O，則陰極反應為：____________________________。

有人提出，可以設計反應2CO=2C+O₂（△H＞0）來消除CO的污染。請你判斷上述反應是否能自發(fā)進行？_______，理由是：___________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）2N₂H₄(g) + N₂O₄(g)＝3N₂(g) + 4H₂O(g)  △H = －1083.0 kJ·mol^－1（4分）

 （2）H_­2-2e^-+2OH^-=2H₂O （2分）      2 （2分）

  （3）2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-（2分）

不能（2分）   △H>0，吸熱，△S<0（2分）

【解析】（1）考查蓋斯定律的應用。根據(jù)①N₂(g) + 2O₂(g) ＝2NO₂(g)、②N₂H₄(g) + O₂(g) ＝N₂(g) + 2H₂O(g)和③NO₂(g) 1/2N₂O₄(g)可知，如果②×2－①－③×2即得到2N₂H₄(g)＋N₂O₄(g)＝3N₂(g)＋4H₂O(g)，所以反應熱為－534.0 kJ/mol×2-67.7 kJ/mol+26.35 kJ/mol×2=-1083.0 kJ/mol。

（2）在原電池中負極失去電子，發(fā)生氧化反應，所以氫氣通入負極，反應式為H_­2-2e^-+2OH^-=2H₂O。水電解生成氫氣和氧氣，體積之比是2︰1。即氫氣是22.4L，物質(zhì)的量為1.0mol，所以轉(zhuǎn)移的電子是2.0mol。

（3）在原電池中負極和正極的電極反應式相疊加即得到總反應式，所以根據(jù)總反應式和陽極（即負極）反應式可得到陰極（即正極）反應式為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-。由于反應2CO=2C+O₂是吸熱的，熵值減小的反應，所以是不能自發(fā)進行的。