Question

20．2005年10月12日北京時間上午9時，中國酒泉衛星發射中心成功將“神舟6號”飛船送入太空，這一壯舉又一次受到世界關注．火箭推進器中有強還原劑液體肼（N₂H₄）和強氧化劑液態雙氧水．當它們混合時，即產生大量氮氣和水蒸氣并放出大量熱．已知：0.4mol液態肼與足量的液態雙氧水反應生成氮氣和水蒸氣，放出256.652kJ的熱量．
（1）反應的熱化學方程N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol
（2）又已知H₂O（l）=H₂O（g）△H=44kJ．mol^-1．則16g液態肼與足量的液態雙氧水反應生成氮氣和液態水時放出的熱量是408.815kJ．
（3）此反應用于火箭推進，除釋放大量熱和快速產生大量氣體外還有一個很大優點是產物無污染．
（4）燃料電池在航天器得到大量應用；科研人員新近開發出一種由甲醇、氧氣以及強堿作電解質溶液的新型手機電池，充電一次可供手機連續使用一個月，據此請回答以下問題：
①甲醇是負極，電極反應CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O
②電池反應的離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O，根據0.4mol液態肼放出的熱量，計算1mol液態肼放出的熱量，進而寫出熱化學方程式；
（2）根據蓋斯定律合并寫出生成液態水時的熱化學方程式進行計算；
（3）依據反應N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）的產物是氮氣和水分析該反應的優點；
（4）甲醇燃料電池放電時，C元素的化合價升高，所以甲醇所在電極為原電池的負極，O元素的化合價降低，所以通入氧氣的極為原電池的正極，負極上發生氧化反應，正極上發生還原反應，以此來解答．

解答 解：（1）反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂═N₂+4H₂O，0.4mol液態肼放出256.652KJ的熱量，則1mol液態肼放出的熱量為$\frac{265.652kJ}{0.4}$=641.63kJ，
所以反應的熱化學方程式為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol；
（2）①N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol；
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol；
依據蓋斯定律①+②×4得到：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-817.63kJ/mol；
熱化學方程式中32g全部反應放熱817.63kJ，16g液態肼與足量雙氧水反應生成氮氣和液態水時，放出的熱量為：817.63kJ×$\frac{1}{2}$=408.815kJ，
故答案為：408.815；
（3）還原劑肼（N₂H₄）和強氧化劑H₂O₂，當它們混合時，即產生大量的氮氣和水蒸氣，除釋放大量熱量和快速產生大量氣體外，還有很突出的優點是，產物為氮氣和水，清潔無污染，
故答案為：產物無污染；
（4）CH₃OH和O₂在電池中，肯定是O₂氧化CH₃OH，CH₃OH是負極反應物，O₂是正極反應物．CH₃OH被氧化生成CO₂和H₂O，電解質溶液中有強堿（OH^-），CO₂要轉化CO₃^2-．
①甲醇是負極，電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案為：負；CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
②CH₃OH被氧化生成CO₂和H₂O，電解質溶液中有強堿（OH^-），則CO₂要轉化CO₃^2-，電池反應為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫、有關反應熱的計算，題目難度中等，注意蓋斯定律的應用，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．