Question

20．“嫦娥一號”的成功發射，實現了中國人“奔月”夢想．
（1）發射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭的第三級使用的推進劑是液氫和液氧，下列是298K時氫氣（H₂）、碳（C）、辛烷（C₈H₁₈）、甲烷（CH₄）燃燒的熱化學方程式：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5  kJ/mol
C₈H₁₈（l）+$\frac{25}{2}$O₂（g）═8CO₂（g）+9H₂O（l）△H=-5518  kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3  kJ/mol
通過計算說明等質量的H₂、C、C₈H₁₈、CH₄完全燃燒時，放出熱量最多的是H₂，發射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭的第三級使用液氫和液氧這種推進劑的優點是產物為水，無污染，相同質量時，氫氣放出的熱量多（請寫兩條）．
（2）已知：H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92  kJ/mol；O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84  kJ/mol；H₂O（l）═H₂O（g）△H=44.0  kJ/mol．請寫出液氫和液氧生成氣態水的熱化學方程式：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol．
如果此次發射“嫦娥一號”的長征三號甲火箭所攜帶的燃料為45t，液氫、液氧恰好完全反應生成氣態水，總共釋放能量5.94×10⁸kJ（保留3位有效數字）．
（3）氫氣、氧氣不僅燃燒時能釋放熱能，二者形成的原電池還能提供電能，美國的探月飛船“阿波羅號”使用的就是氫氧燃料電池，電解液為KOH溶液，其電池反應式負極：
2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；電池總反應式：2H₂+O₂=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據Q=$\frac{m}{M}$×△H計算判斷；可以從氫氣的性質和產物的性質方面分析氫氣作燃料的優點．
（2）據蓋斯定律解答；液氫、液氧恰好完全反應生成氣態水，說明氫氣和氧氣按照物質的量2：1恰好反應，質量比為4：32，計算氫氣質量，依據前面得到的熱化學方程式計算放出的熱量；
（3）根據燃料電池的工作原理：負極上是燃料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來回答．

解答 解：（1）設質量都為m，相同質量的H₂、C、C₈H₁₈、CH₄完全燃燒時，放出熱量分別是$\frac{m}{2}$×285.8kJ、$\frac{m}{12}$×393.5kJ、$\frac{m}{114}$×5518kJ、$\frac{m}{16}$×890.3kJ，最大值應為$\frac{m}{2}$×285.8kJ；使用液氫作燃料的優點是：密度小、原料來源廣泛、燃燒熱值高、產物是水無污染等并且相同質量時，氫氣放出的熱量多，
故答案為：H₂；產物為水，無污染，相同質量時，氫氣放出的熱量多；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
②H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92kJ•mol^-1
③O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84kJ•mol^-1
④H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
據蓋斯定律，①-②×2-③+④×2得：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol；
如果此次“阿特蘭蒂斯號”所攜帶的燃料為45噸，液氫、液氧恰好完全反應生成氣態水，氫氣和氧氣物質的量為2：1，質量比為4：32，45噸燃料中氫氣的質量為$\frac{4}{32+4}$×45t=5噸，物質的量為2.5×10⁶ mol，H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）═H₂O（g）△H=-237.46kJ/moL，故放出的熱量為2.5×10⁶×237.46=5.94×10⁸ kJ，
故答案為：2H₂（l）+O₂（l）=2H₂O（g）△H=-546.92KJ/mol；5.94×10⁸；
（3）負極的反應中氫氣失電子被氧化，氫氣失電子生成氫離子，氫離子和溶液中的氫氧根離子生成水，所以電極反應式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正極上是氧氣得電子被還原，氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，所以電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應為2H₂+O₂=2H₂O，
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；2H₂+O₂=2H₂O．

點評 本題考查學生有關電化學和熱化學的綜合知識，注意知識的遷移和應用是解題的關鍵，難度不大．