Question

20．“嫦娥一號”的成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了中國人“奔月”夢想．
（1）發(fā)射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭的第三級使用的推進(jìn)劑是液氫和液氧，下列是298K時氫氣（H₂）、碳（C）、辛烷（C₈H₁₈）、甲烷（CH₄）燃燒的熱化學(xué)方程式：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5  kJ/mol
C₈H₁₈（l）+$\frac{25}{2}$O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5518  kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3  kJ/mol
通過計算說明等質(zhì)量的H₂、C、C₈H₁₈、CH₄完全燃燒時，放出熱量最多的是H₂，發(fā)射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭的第三級使用液氫和液氧這種推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物為水，無污染，相同質(zhì)量時，氫氣放出的熱量多（請寫兩條）．
（2）已知：H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92  kJ/mol；O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84  kJ/mol；H₂O（l）═H₂O（g）△H=44.0  kJ/mol．請寫出液氫和液氧生成氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol．
如果此次發(fā)射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭所攜帶的燃料為45t，液氫、液氧恰好完全反應(yīng)生成氣態(tài)水，總共釋放能量5.94×10⁸kJ（保留3位有效數(shù)字）．
（3）氫氣、氧氣不僅燃燒時能釋放熱能，二者形成的原電池還能提供電能，美國的探月飛船“阿波羅號”使用的就是氫氧燃料電池，電解液為KOH溶液，其電池反應(yīng)式負(fù)極：
2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；電池總反應(yīng)式：2H₂+O₂=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Q=$\frac{m}{M}$×△H計算判斷；可以從氫氣的性質(zhì)和產(chǎn)物的性質(zhì)方面分析氫氣作燃料的優(yōu)點(diǎn)．
（2）據(jù)蓋斯定律解答；液氫、液氧恰好完全反應(yīng)生成氣態(tài)水，說明氫氣和氧氣按照物質(zhì)的量2：1恰好反應(yīng)，質(zhì)量比為4：32，計算氫氣質(zhì)量，依據(jù)前面得到的熱化學(xué)方程式計算放出的熱量；
（3）根據(jù)燃料電池的工作原理：負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)來回答．

解答 解：（1）設(shè)質(zhì)量都為m，相同質(zhì)量的H₂、C、C₈H₁₈、CH₄完全燃燒時，放出熱量分別是$\frac{m}{2}$×285.8kJ、$\frac{m}{12}$×393.5kJ、$\frac{m}{114}$×5518kJ、$\frac{m}{16}$×890.3kJ，最大值應(yīng)為$\frac{m}{2}$×285.8kJ；使用液氫作燃料的優(yōu)點(diǎn)是：密度小、原料來源廣泛、燃燒熱值高、產(chǎn)物是水無污染等并且相同質(zhì)量時，氫氣放出的熱量多，
故答案為：H₂；產(chǎn)物為水，無污染，相同質(zhì)量時，氫氣放出的熱量多；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
②H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92kJ•mol^-1
③O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84kJ•mol^-1
④H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律，①-②×2-③+④×2得：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol；
如果此次“阿特蘭蒂斯號”所攜帶的燃料為45噸，液氫、液氧恰好完全反應(yīng)生成氣態(tài)水，氫氣和氧氣物質(zhì)的量為2：1，質(zhì)量比為4：32，45噸燃料中氫氣的質(zhì)量為$\frac{4}{32+4}$×45t=5噸，物質(zhì)的量為2.5×10⁶ mol，H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）═H₂O（g）△H=-237.46kJ/moL，故放出的熱量為2.5×10⁶×237.46=5.94×10⁸ kJ，
故答案為：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol；5.94×10⁸；
（3）負(fù)極的反應(yīng)中氫氣失電子被氧化，氫氣失電子生成氫離子，氫離子和溶液中的氫氧根離子生成水，所以電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正極上是氧氣得電子被還原，氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，所以電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O，
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；2H₂+O₂=2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)和熱化學(xué)的綜合知識，注意知識的遷移和應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度不大．