Question

16．2007年10月24日我国自主研发的第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”的成功发射，“嫦娥一号”三级火箭所用的燃料是高性能、高纯度的液氢燃料和液氧氧化剂，氢气不仅是一种高能燃料，也是一种可再生的绿色能源．
（1）实验测得1mol H₂与1mol Cl₂完全反应生成气态HCl放出184.6kJ的热量，又知1mol H₂分子中化学键断裂时需要吸收436kJ的能量，1mol Cl₂分子中化学键断裂需要吸收243kJ的能量，则1mol HCl（g）分子中化学键断裂时需要吸收431.8kJ的能量．
（2）已知2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）；△H=+483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）；△H=+67.8kJ/mol
3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）；△H=-92.0kJ/mol
则1mol NH₃（g） 燃烧生成NO₂（g）和H₂O（g）的反应热△H=-282.8kJ/mol
（3）某化学家根据“原子经济”的思想，设计了如下制备H₂的反应步骤：
①CaBr₂+H₂O$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$CaO+2HBr
②2HBr+Hg$\frac{\underline{\;100℃\;}}{\;}$HgBr₂+H₂
③HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂
④2HgO $\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$2Hg+O₂↑
请你根据“原子经济”的思想完成上述步骤③的化学方程式：HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂．请根据“绿色化学”的思想评估该方法制H₂的主要缺点：循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，产生污染．

Answer 1

分析 （1）依据反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算；
（2）依据热化学方程式，①2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+483.6kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂ △H=+67.8kJ/mol
③3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol
根据盖斯定律计算所需热化学方程式为[（②-③）×2-①×3]×$\frac{1}{4}$计算得到；
（3）根据原子经济分析，反应是原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放；

解答 解：（1）实验测得1mol H₂与1mol Cl₂完全反应放出184.6kJ的热量，又知1mol H₂分子中化学键断裂时需要吸收436kJ的能量，1mol Cl₂分子中化学键断裂需要吸收243kJ的能量，1mol HCl分子中化学键断裂时需要吸收能量x，反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，-184.6KJ/mol=436KJ/mol+243KJ/mol-2x，x=431.8KJ/mol
则1mol HCl分子中化学键断裂时需要吸收431.8kJ，
故答案为：431.8kJ；
（2）①2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）；△H=+483.6kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂；△H=+67.8kJ/mol
③3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）；△H=-92.0kJ/mol
[（②-③）×2-①×3]×$\frac{1}{4}$得到NH₃（g）+$\frac{7}{4}$O₂（g）═NO₂ +$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H=-282.8kJ/mol；
则1mol NH₃（g）燃烧生成NO₂（g）和H₂O（g）的反应热△H=-282.8kJ/mol；
故答案为：-282.8kJ/mol；
（3）理想的原子经济性反应是原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放．原子利用率是指反应物中的所有原子进入期望产物中的百分比，绿色化学的特征之一是提高原子用率，尽量达到100%，根据原子经济，可知最终反应为：2H₂O═2H₂↑+O₂↑，根据盖斯定律将（①+②+③）×2+④，可知反应③为HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂；该方法中需要750℃，消耗能量高，且有重金属污染，
故答案为：HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂；循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，产生污染．

点评 本题考查了热化学方程式书写方法和盖斯定律计算应用，注意利用键能计算焓变的方法，掌握基础是关键，题目难度中等．