Question

10．在火箭推进器中装有强还原剂肼（N₂H₄）和强氧化剂（H₂O₂），当它们混合时，即产生大量的N₂和水蒸气，并放出大量热．已知0.4mol液态肼和足量H₂O₂反应，生成氮气和水蒸气，放出256.65kJ的热量．
（1）写出该反应的热化学方程式N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ•mol^-1．
（2）已知H₂O（l）═H₂O（g）；△H=+44kJ•mol^-1，则16g液态肼燃烧生成氮气和液态水时，放出的热量是408.8kJ．
（3）上述反应应用于火箭推进剂，除释放大量的热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是产物为氮气和水，无污染．
（4）已知N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）；△H=+67.7kJ•mol^-1，N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g）；△H=-534kJ•mol^-1，根据盖斯定律写出肼与NO₂完全反应生成氮气和气态水的热化学方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7kJ•mol^-1．
（5）已知：N₂ （g）+2O₂ （g）═2NO₂ （g）△H=+67.7kJ/mol
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g）△H=-543kJ/mol
$\frac{1}{2}$H₂ （g）+$\frac{1}{2}$F₂ （g）═HF （g）△H=-269kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O （g）△H=-242kJ/mol
有人认为若用氟代替二氧化氮作氧化剂，则反应释放能量更大，肼和氟反应的热化学方程式：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ•mol^-1．
（6）丙烷燃烧可以通过以下两种途径：
途径I：C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途径II：C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
2C₃H₆（g）+9O₂（g）═6CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1 （abcd均为正值）
请回答下列问题：
判断等量的丙烷通过两种途径放出的热量，途径I放出的热量等于（填“大于”、“等于”或“小于”）途径II放出的热量．由于C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g） 的反应中，反应物具有的总能量小于（填“大于”、“等于”或“小于”）生成物具有的总能量．b 与a、c、d的数学关系式是b=$\frac{c}{2}$+$\frac{d}{2}$-a．

Answer 1

分析 （1）根据题给条件厉害书写热化学方程式的原则写出；
（2）依据（2）中写出的热化学方程式和H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，利用盖斯定律写出热化学方程式计算；
（3）依据反应产物的性质分析无污染物产生分析；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
将方程式2×②-①得2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）根据盖斯定律计算焓变，并书写热化学方程式；
（5））①N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
②$\frac{1}{2}$H₂（g）+$\frac{1}{2}$F₂（g）=HF（g）△H=-269kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-③×2+②×4得到：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g），利用盖斯定律计算得到焓变，并书写热化学方程式；
（6）根据盖斯定律来判断两种途径放热之间的关系；该反应属于吸热反应，反应物具有的总能量小于生成物的总能量；需要吸收能量，所以反应条件为加热；途径I：①C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途径II：②C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
③2C₃H₆（g）+9O₂（g）═6CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
④2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1 反应①=反应②+反应③×$\frac{1}{2}$+反应④×$\frac{1}{2}$，根据盖斯定律来判断各步反应之间的关系．

解答 解：（1）已知0.4mol液态肼和足量H₂O₂（l）反应生成氮气和水蒸气时放出256.64kJ的热量，依据热化学方程式的书写原则，结合定量关系写出，1mol肼和过氧化氢反应生成氮气和水蒸气放出的热量=$\frac{256.64kJ×1mol}{0.4mol}$=641.6KJ，所以热化学方程式为：N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ/mol，
故答案为：N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ/mol； 
（2）16g液态肼物质的量=$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，
由①N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）；△H=-641.6kJ/mol；
②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，
结合盖斯定律的内容和要求，可以把②×4方向倒转得到③4H₂O（g）=4H₂O（l）△H=-44×4kJ/mol=-176kJ/mol，
①+③得到N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-817.6kJ/mol，
所以0.5mol液态肼与足量双氧水反应生成氮气和液态水时，放出的热量=$\frac{0.5mol×817.6kJ}{1mol}$=408.8kJ，
故答案为：408.8；
（3）反应应用于火箭推进器，除释放出大量热量和快速生成大量气体产生巨大推力外，反应的生成物是氮气和水，很突出的优点是对环境无污染；
故答案为：产物为氮气和水，无污染；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
将方程式2×②-①得2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=2（-534KJ•mol^-1）-（+67.7KJ•mol^-1）=-1135.7kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+2 NO₂ （g）═3N₂（g）+4 H₂O（g）△H=-1135.7kJ•mol^-1；
（5）①N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
②$\frac{1}{2}$H₂（g）+$\frac{1}{2}$F₂（g）=HF（g）△H=-269kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-③×2+②×4得到：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g）△H=-1135kJ•mol^-1；
故答案为：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g）△H=-1135kJ•mol^-1；
（6）根据盖斯定律，煤作为燃料不管是一步完成还是分两步完成，反应物和产物的焓值是一定的，所以两途径的焓变值一样，放出的热量一样；由于C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g） 的反应中△H＞0，该反应是吸热反应，反应物具有的总能量小于生成物的总能量；
途径I：①C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途径II：②C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
③2C₃H₆（g）+9O₂（g）═6CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
④2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1 反应①=反应②+反应③×$\frac{1}{2}$+反应④×$\frac{1}{2}$，所以-a=b+$\frac{1}{2}$（-c-d），所以b=-a+$\frac{1}{2}$（c+d）=b=$\frac{c}{2}$+$\frac{d}{2}$-a．
故答案为：等于；小于；b=$\frac{c}{2}$+$\frac{d}{2}$-a．

点评 本题考查学生盖斯定律的应用以及反应吸放热与反应物、生成物能量之间的关系，可以根据所学知识进行回答，难度不大．