Question

11．你被遺忘在火星上，如何生存下去等待救援呢？
（1）獲得氫氣．向火箭燃料液態(tài)聯(lián)氨（N₂H₄）中加入銥催化劑，分解生成氮氣和氫氣．
已知：3N₂H₄（l）?4NH₃（g）+N₂（g）△H=-336.6kJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
則N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g）△H=-50.6kJ•mol^-1，該反應平衡常數(shù)的表達式為$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$．
（2）獲得氧氣．火星大氣中有稀薄的CO₂．
以堿溶液為電解質(zhì)可實現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化2CO₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2CO+O₂，該反應在一定條件下能自發(fā)進行的原因是△S＞0，陰極的反應式為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
（3）獲得水．火星上含有高濃度高氯酸根的有毒鹵水，可對其進行生物降解．
Ⅰ．在微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-還原，過程如圖1所示．CH₃COO^-也可作為碳元素的來源，促進微生物生長．

①該過程總反應的離子方程式為ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-．
②CH₃COO^-的濃度對ClO₄^-降解程度的影響如圖2所示，則12小時后，CH₃COO^-濃度小于0.4g/L的條件下，ClO₄^-的降解幾乎停滯的原因是CH₃COO^-濃度過低，不能促進微生物生長，失去催化作用，反應速率顯著降低．
Ⅱ．高氯酸、鹽酸和硝酸的酸性在水溶液中差別不大．某溫度下，這三種酸在冰醋酸中的電離平衡常數(shù)如表所示．冰醋酸做溶劑，這三種酸酸性最強的是HClO₄．在冰醋酸中，鹽酸的電離方程式為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
則①×$\frac{1}{3}$-②×$\frac{2}{3}$得到N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），據(jù)蓋斯定律來計算；平衡常數(shù)K=$\frac{各生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積}{各反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積}$；
（2）電解池可以實現(xiàn)分自發(fā)的氧化還原反應的發(fā)生，根據(jù)自發(fā)進行的判據(jù)△H-T△S＜0來判斷；在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應，據(jù)此回答；
（3）Ⅰ、①微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-還原，得到二氧化碳和氯離子，據(jù)此書寫離子方程式；
②根據(jù)CH₃COO^-的濃度對ClO₄^-降解程度的影響圖可以看出：CH₃COO^-濃度過低，不能促進微生物生長；
Ⅱ、電離平衡常數(shù)越大，酸的電離程度越大，酸性越強；在冰醋酸中，鹽酸不能完全電離，據(jù)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
據(jù)蓋斯定律，則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，平衡常數(shù)K=$\frac{各生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積}{各反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積}$=$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$，
故答案為：-50.6；K=$\frac{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{2}}{[{N}_{2}{H}_{4}]}$；
（2）轉(zhuǎn)化2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂是一個熵增加的反應，有利于自發(fā)進行；在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應，陰極的反應式為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：△S＞0；2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（3）Ⅰ、①微生物的催化下，ClO₄^-可被CH₃COO^-還原，得到二氧化碳和氯離子，離子方程式為：ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-，故答案為：ClO₄^-+CH₃COO^-+H⁺=2CO₂+2H₂O+Cl^-；
②根據(jù)CH₃COO^-的濃度對ClO₄^-降解程度的影響圖可以看出：CH₃COO^-濃度過低，不能促進微生物生長CH₃COO^-濃度小于0.4g/L的條件下，ClO₄^-的降解幾乎停滯，故答案為：CH₃COO^-濃度過低，不能促進微生物生長，失去催化作用，反應速率顯著降低；
Ⅱ、電離平衡常數(shù)越大，酸的電離程度越大，酸性越強，所以這三種酸酸性最強的是HClO₄；在冰醋酸中，鹽酸不能完全電離，電離方程式為：HCl?H⁺+Cl^-．
故答案為：HClO₄；HCl?H⁺+Cl^-．

點評 本題綜合考查學生蓋斯定律的應用、電解池的工作原理以及弱電解質(zhì)的電離等方面的知識，屬于綜合知識的考查，注意知識的遷移應用是關鍵，難度中等．