Question

16．2007年10月24日我國自主研發的第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”的成功發射，“嫦娥一號”三級火箭所用的燃料是高性能、高純度的液氫燃料和液氧氧化劑，氫氣不僅是一種高能燃料，也是一種可再生的綠色能源．
（1）實驗測得1mol H₂與1mol Cl₂完全反應生成氣態HCl放出184.6kJ的熱量，又知1mol H₂分子中化學鍵斷裂時需要吸收436kJ的能量，1mol Cl₂分子中化學鍵斷裂需要吸收243kJ的能量，則1mol HCl（g）分子中化學鍵斷裂時需要吸收431.8kJ的能量．
（2）已知2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）；△H=+483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）；△H=+67.8kJ/mol
3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）；△H=-92.0kJ/mol
則1mol NH₃（g） 燃燒生成NO₂（g）和H₂O（g）的反應熱△H=-282.8kJ/mol
（3）某化學家根據“原子經濟”的思想，設計了如下制備H₂的反應步驟：
①CaBr₂+H₂O$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$CaO+2HBr
②2HBr+Hg$\frac{\underline{\;100℃\;}}{\;}$HgBr₂+H₂
③HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂
④2HgO $\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$2Hg+O₂↑
請你根據“原子經濟”的思想完成上述步驟③的化學方程式：HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂．請根據“綠色化學”的思想評估該方法制H₂的主要缺點：循環過程需要很高的能量，且使用重金屬汞，產生污染．

Answer 1

分析 （1）依據反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和計算；
（2）依據熱化學方程式，①2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+483.6kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂ △H=+67.8kJ/mol
③3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol
根據蓋斯定律計算所需熱化學方程式為[（②-③）×2-①×3]×$\frac{1}{4}$計算得到；
（3）根據原子經濟分析，反應是原材料分子中的原子全部轉變成所需產物，不產生副產物，實現零排放；

解答 解：（1）實驗測得1mol H₂與1mol Cl₂完全反應放出184.6kJ的熱量，又知1mol H₂分子中化學鍵斷裂時需要吸收436kJ的能量，1mol Cl₂分子中化學鍵斷裂需要吸收243kJ的能量，1mol HCl分子中化學鍵斷裂時需要吸收能量x，反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，-184.6KJ/mol=436KJ/mol+243KJ/mol-2x，x=431.8KJ/mol
則1mol HCl分子中化學鍵斷裂時需要吸收431.8kJ，
故答案為：431.8kJ；
（2）①2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）；△H=+483.6kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂；△H=+67.8kJ/mol
③3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）；△H=-92.0kJ/mol
[（②-③）×2-①×3]×$\frac{1}{4}$得到NH₃（g）+$\frac{7}{4}$O₂（g）═NO₂ +$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H=-282.8kJ/mol；
則1mol NH₃（g）燃燒生成NO₂（g）和H₂O（g）的反應熱△H=-282.8kJ/mol；
故答案為：-282.8kJ/mol；
（3）理想的原子經濟性反應是原材料分子中的原子全部轉變成所需產物，不產生副產物，實現零排放．原子利用率是指反應物中的所有原子進入期望產物中的百分比，綠色化學的特征之一是提高原子用率，盡量達到100%，根據原子經濟，可知最終反應為：2H₂O═2H₂↑+O₂↑，根據蓋斯定律將（①+②+③）×2+④，可知反應③為HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂；該方法中需要750℃，消耗能量高，且有重金屬污染，
故答案為：HgBr₂+CaO$\frac{\underline{\;250℃\;}}{\;}$HgO+CaBr₂；循環過程需要很高的能量，且使用重金屬汞，產生污染．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法和蓋斯定律計算應用，注意利用鍵能計算焓變的方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．