Question

15．（1）0.3mol的氣態高能燃料乙硼烷（B₂H₆）在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出649.5kJ熱量，其熱化學反應方程式為B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165kJ/mol；
又知H₂O（l）═H₂O（g）；△H=+44kJ/mol，則11.2L（標準狀況）乙硼烷完全燃燒生成氣態水時，放出的熱量是1016.5 kJ
（2）發射衛星時可用肼（N2H4）為燃料和NO₂作氧化劑，這兩者反應生成N2和水蒸氣．又已知：①N₂（氣）+2O₂（氣）═2NO₂（氣）△H=+67.7kJ/mol ②N₂H₄（氣）+O₂（氣）═N₂（氣）+2H₂O（氣）△H=-534kJ/mol  試寫出肼與NO₂反應的熱化學方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7KJ/mol
（3）甲烷燃料電池：堿性電解質（鉑為兩極、電解液KOH溶液）
正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
負極：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O_
總反應方程式：CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）0.3mol氣態高能燃料乙硼烷在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出649.5KJ的熱量，則1mol氣態高能燃料乙硼烷在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出2165KJ的熱量；根據蓋斯定律寫出其熱化學反應方程式，后根據物質的物質的量與反應放出的熱量成正比來解答；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，反應的熱化學方程式改變系數，焓變隨之改變，通過熱化學方程式之間的加減計算得到；
（3）氫氧燃料電池中，H₂從負極通入，在反應中被氧化，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，又因為電解質是KOH溶液，不會在電極反應中出現H⁺；負極上是甲烷發生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，又因為電解質是KOH溶液，不會在電極上放出二氧化碳．

解答 解：（1）0.3mol氣態高能燃料乙硼烷在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出649.5KJ的熱量，則1mol氣態高能燃料乙硼烷在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出2165KJ的熱量，反應的熱化學方程式為：B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165kJ/mol，①B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165kJ/mol，②H₂O（l）→H₂O（g）；△H=+44kJ/moL，
由蓋斯定律可知①+②×3得：B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（g）△H=-2033kJ/mol，11.2L（標準狀況）即0.5mol乙硼烷完全燃燒生成氣態水時放出的熱量是2033kJ×0.5=1016.5kJ，
故答案為：B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165kJ/mol；1016.5．
（2））①N₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ/mol
依據蓋斯定律：②×2-①得到：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7KJ/mol；
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7KJ/mol；
（3）氫氧燃料電池以KOH溶液為電解質溶液時，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負極上是甲烷發生失電子的氧化反應，又因為電解質是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應得到的是碳酸鉀，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法、蓋斯定律的計算應用以及燃料電池的工作原理、電極反應式的書寫知識，題目較簡單，注意知識的歸納和梳理是關鍵．