Question

10．在火箭推進器中裝有強還原劑肼（N₂H₄）和強氧化劑（H₂O₂），當它們混合時，即產生大量的N₂和水蒸氣，并放出大量熱．已知0.4mol液態(tài)肼和足量H₂O₂反應，生成氮氣和水蒸氣，放出256.65kJ的熱量．
（1）寫出該反應的熱化學方程式N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ•mol^-1．
（2）已知H₂O（l）═H₂O（g）；△H=+44kJ•mol^-1，則16g液態(tài)肼燃燒生成氮氣和液態(tài)水時，放出的熱量是408.8kJ．
（3）上述反應應用于火箭推進劑，除釋放大量的熱和快速產生大量氣體外，還有一個很突出的優(yōu)點是產物為氮氣和水，無污染．
（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，根據蓋斯定律寫出肼與NO₂完全反應生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學方程式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
有人認為若用氟代替二氧化氮作氧化劑，則反應釋放能量更大，肼和氟反應的熱化學方程式：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ•mol^-1．
（6）丙烷燃燒可以通過以下兩種途徑：
途徑I：C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途徑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均為正值）
請回答下列問題：
判斷等量的丙烷通過兩種途徑放出的熱量，途徑I放出的熱量等于（填“大于”、“等于”或“小于”）途徑II放出的熱量．由于C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g） 的反應中，反應物具有的總能量小于（填“大于”、“等于”或“小于”）生成物具有的總能量．b 與a、c、d的數學關系式是b=$\frac{c}{2}$+$\fracupieipl{2}$-a．

Answer 1

分析 （1）根據題給條件厲害書寫熱化學方程式的原則寫出；
（2）依據（2）中寫出的熱化學方程式和H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，利用蓋斯定律寫出熱化學方程式計算；
（3）依據反應產物的性質分析無污染物產生分析；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
將方程式2×②-①得2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）根據蓋斯定律計算焓變，并書寫熱化學方程式；
（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
依據蓋斯定律①-③×2+②×4得到：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g），利用蓋斯定律計算得到焓變，并書寫熱化學方程式；
（6）根據蓋斯定律來判斷兩種途徑放熱之間的關系；該反應屬于吸熱反應，反應物具有的總能量小于生成物的總能量；需要吸收能量，所以反應條件為加熱；途徑I：①C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途徑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 反應①=反應②+反應③×$\frac{1}{2}$+反應④×$\frac{1}{2}$，根據蓋斯定律來判斷各步反應之間的關系．

解答 解：（1）已知0.4mol液態(tài)肼和足量H₂O₂（l）反應生成氮氣和水蒸氣時放出256.64kJ的熱量，依據熱化學方程式的書寫原則，結合定量關系寫出，1mol肼和過氧化氫反應生成氮氣和水蒸氣放出的熱量=$\frac{256.64kJ×1mol}{0.4mol}$=641.6KJ，所以熱化學方程式為：N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.625kJ/mol； 
（2）16g液態(tài)肼物質的量=$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，
由①N₂H₄（1）+2H₂O₂（1）=N₂（g）+4H₂O（g）；△H=-641.6kJ/mol；
②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，
結合蓋斯定律的內容和要求，可以把②×4方向倒轉得到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液態(tài)肼與足量雙氧水反應生成氮氣和液態(tài)水時，放出的熱量=$\frac{0.5mol×817.6kJ}{1mol}$=408.8kJ，
故答案為：408.8；
（3）反應應用于火箭推進器，除釋放出大量熱量和快速生成大量氣體產生巨大推力外，反應的生成物是氮氣和水，很突出的優(yōu)點是對環(huán)境無污染；
故答案為：產物為氮氣和水，無污染；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
將方程式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，
故答案為：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
依據蓋斯定律①-③×2+②×4得到：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g）△H=-1135kJ•mol^-1；
故答案為：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF （g）△H=-1135kJ•mol^-1；
（6）根據蓋斯定律，煤作為燃料不管是一步完成還是分兩步完成，反應物和產物的焓值是一定的，所以兩途徑的焓變值一樣，放出的熱量一樣；由于C₃H₈（g）═C₃H₆（g）+H₂（g） 的反應中△H＞0，該反應是吸熱反應，反應物具有的總能量小于生成物的總能量；
途徑I：①C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
途徑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 反應①=反應②+反應③×$\frac{1}{2}$+反應④×$\frac{1}{2}$，所以-a=b+$\frac{1}{2}$（-c-d），所以b=-a+$\frac{1}{2}$（c+d）=b=$\frac{c}{2}$+$\fracymhgpo4{2}$-a．
故答案為：等于；小于；b=$\frac{c}{2}$+$\fracs9cljks{2}$-a．

點評 本題考查學生蓋斯定律的應用以及反應吸放熱與反應物、生成物能量之間的關系，可以根據所學知識進行回答，難度不大．