Question

由我国自行研制的载人飞船“神舟七号”实现了中华民族的飞天梦想．为了飞船正常和稳定运行，且保证航天器座舱内容气成分的稳定，科学家进行了大量的科学探索．
方法一：有的科学家提出“金属过氧化物处理系统”，即不断把座舱内的空气通过盛有金属过氧化物（以过氧化钠为例）的容器，并把处理后的气体充入座舱．
（1）有关反应的化学方程式是：

 

；

 

．
（2）若平均每名航天员每天消耗0.96kg氧气，若以10天计算，每人至少消耗

 

kg过氧化钠．
方法二：有的科学家根据电化学原理设计了航天器座舱内空气更新系统，该系统结构示意图如下：

（1）管道①把飞船座舱中含有较多二氧化碳的潮湿空气通入A装置N极室，该装置可以为航天器提供电能，N极电极反应式为：

 

；二氧化碳被吸收后转化为CO^2-₃离子，通过膈膜CO^2-₃离子进入M极室，最后二氧化碳与该极反应的产物作用而放出，并保持整个系统的pH稳定，则M极电极反应式为

 

．
（2）航天员的生活用水可以由A装置提供，已知这种电池生成350g水时能发电1度（约3600kJ），能量的转化效率为

 

．
已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572kJ?mol^-1
（3）管道②补充新鲜的氧气，供航天员呼吸，这些氧气来自B装置电解水系统，X极的电极反应式

 

．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：方法一：（1）宇航员呼出的二氧化碳与过氧化钠反应，每44克二氧化碳会变为32克氧气，宇航员呼出的水蒸气与过氧化钠反应，每36克水蒸气会变为32克氧气，能保持飞船座舱内空气成分的稳定；
（2）若平均每名航天员每天消耗0.96kg氧气，若以10天计算消耗氧气9.6kg，依据化学方程式计算需要的氧气；
方法二、（1）含CO₂的空气通入“电化学CO₂处理系统”的N极室，N极上氧气得电子为正极，M极上氢气失去电子，氢离子与碳酸根离子反应生成二氧化碳和水；
（2）依据热化学方程式结合题干条件计算能力转化效率；
（3）由图可知，Y极上氢离子得到电子生成氢气，为阴极，而X极上氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；

解答： 解：方法一：（1）在长期载人太空飞行的宇航器中，每个宇航员平均每天需要消耗0.9kg氧气，呼出1.0kg二氧化碳，为了能保持飞船座舱内空气成分的稳定，不断把座舱内的空气通过盛有过氧化钠的容器，此时宇航员呼出的二氧化碳与过氧化钠反应，2Na₂O₂+CO₂=2Na₂CO₃+O₂，每44克二氧化碳会变为32克氧气，宇航员呼出的水蒸气与过氧化钠反应，2Na₂O₂+2H₂O═4NaOH+O₂↑，每36克水蒸气会变为32克氧气，能保持飞船座舱内空气成分的稳定；
故答案为：2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂；2H₂O+2Na₂O₂═4NaOH+O₂
（2）若平均每名航天员每天消耗0.96kg氧气，若以10天计算消耗氧气9.6kg，计算得到需要过氧化钠的质量为：
2Na₂O₂～O₂；
2×78   32
m       9.6kg
m=46.8kg；
故答案为：46.8；
方法二：：（1）含CO₂的空气通入“电化学CO₂处理系统”的N极室，N极上氧气得电子为正极，电极反应为：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，吸收CO₂的离子方程式为2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，M极上氢起失去电子，该电极反应为H₂+2e^-=2H⁺，氢离子与碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，所以CO₂逸出的离子方程式为2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O，
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；H₂+2e^-=2H⁺；
（2）航天员的生活用水可以由A装置提供，已知这种电池生成350g水时能发电1度（约3600kJ），2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572kJ?mol^-1 ；理论上生成350g水依据热化学方程式计算为，

350g×572KJ/mol

36g/mol

=5561KJ
能量的转化效率=

3600KJ

5561KJ

×100%=64.7%
故答案为：64.7%
（3）由图可知，Y极上氢离子得到电子生成氢气，为阴极，而X极上氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑），
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；

点评：本题主要考查了碱金属的重要化合物Na₂O₂，原电池原理的应用，电极反应和产物分析，注意把握题目信息，解题须具有一定的知识迁移能力，平时多注意培养，题目难度不大．