Question

3．“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=+67.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
NO₂（g）=$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•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：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ/mol．
（2）如圖是某空間站能量轉化系統(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：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
如果某段時間內氫氧儲罐中共收集到33.6L氣體（已折算成標況），則該段時間內水電解系統(tǒng)中轉移電子的物質的量為2mol．

（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：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．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？不能，理由是：△H＞0吸熱，△S＜0．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以合適的系數(shù)進行適當?shù)募訙p，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的加減；
（2）根據(jù)氫氧燃料電池中氫氣在負極放電，結合電解質溶液為氫氧化鉀溶液來寫出負極反應方程式；某段時間內氫氧儲罐中共收集到33.6L，為1.5mol氣體，則生成氫氣1mol，轉移電子2mol，據(jù)此計算；
（3）陰極發(fā)生還原反應，CO₂被還原生成CO，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式；根據(jù)△G=△H-T△S判斷．

解答 解：（1）①已知：N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1①
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1②
NO₂（g）=$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•mol^-1③
根據(jù)蓋斯定律，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）=-1083.2kJ•mol^-1；故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ/mol；
（2）氫氧燃料電池中氫氣在負極放電，由于電解質溶液為氫氧化鉀溶液，故負極的電極反應式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；如果某段時間內氫氧儲罐中共收集到33.6L，為1.5mol氣體，電解方程式為2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，則生成1mol氫氣和0.5mol氧氣，生成1mol氫氣轉移電子2mol，所以該段時間內水電解系統(tǒng)中轉移電子的物質的量為2mol，故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；2；
（3）總反應式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式，所以陰極反應為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，由于反應2CO=2C+O₂是吸熱的△H＞0，熵值減小的反應，所以△G=△H-T△S＞0，是不能自發(fā)進行的；
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；不能；△H＞0吸熱，△S＜0．

點評 本題考查了蓋斯定律以及電解原理的應用，注意把握電極方程式的書寫方法，根據(jù)電極反應判斷生成的氣體的量及轉移電子的量，題目難度不大．