Question

3．“神七”登天标志着我国的航天事业进入了新的篇章．
（1）火箭升空需要高能的燃料，经常是用N₂O₄和N₂H₄作为燃料，工业上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以进一步制备联氨（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
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ/mol．
（2）如图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH为电解液，
燃料电池放电时的负极反应为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L气体（已折算成标况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为2mol．

（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．有人提出，可以设计反应2CO=2C+O₂（△H＞0）来消除CO的污染．请你判断上述反应是否能自发进行？不能，理由是：△H＞0吸热，△S＜0．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以合适的系数进行适当的加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减；
（2）根据氢氧燃料电池中氢气在负极放电，结合电解质溶液为氢氧化钾溶液来写出负极反应方程式；某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L，为1.5mol气体，则生成氢气1mol，转移电子2mol，据此计算；
（3）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；根据△G=△H-T△S判断．

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
根据盖斯定律，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；故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ/mol；
（2）氢氧燃料电池中氢气在负极放电，由于电解质溶液为氢氧化钾溶液，故负极的电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L，为1.5mol气体，电解方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，则生成1mol氢气和0.5mol氧气，生成1mol氢气转移电子2mol，所以该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为2mol，故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；2；
（3）总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，由于反应2CO=2C+O₂是吸热的△H＞0，熵值减小的反应，所以△G=△H-T△S＞0，是不能自发进行的；
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；不能；△H＞0吸热，△S＜0．

点评 本题考查了盖斯定律以及电解原理的应用，注意把握电极方程式的书写方法，根据电极反应判断生成的气体的量及转移电子的量，题目难度不大．