20.“嫦娥一号”的成功发射,实现了中国人“奔月”梦想.
(1)发射“嫦娥一号”的长征三号甲火箭的第三级使用的推进剂是液氢和液氧,下列是298K时氢气(H2)、碳(C)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热化学方程式:
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
通过计算说明等质量的H2、C、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量最多的是H2,发射“嫦娥一号”的长征三号甲火箭的第三级使用液氢和液氧这种推进剂的优点是产物为水,无污染,相同质量时,氢气放出的热量多(请写两条).
(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.请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式:2H2(l)+O2(l)=2H2O(g)H=-546.92KJ/mol.
如果此次发射“嫦娥一号”的长征三号甲火箭所携带的燃料为45t,液氢、液氧恰好完全反应生成气态水,总共释放能量5.94×108kJ(保留3位有效数字).
(3)氢气、氧气不仅燃烧时能释放热能,二者形成的原电池还能提供电能,美国的探月飞船“阿波罗号”使用的就是氢氧燃料电池,电解液为KOH溶液,其电池反应式负极:
2H2+4OH--4e-=4H2O;正极:O2+2H2O+4e-=4OH-;电池总反应式:2H2+O2=2H2O.
分析(1)根据Q=$\frac{m}{M}$×H计算判断;可以从氢气的性质和产物的性质方面分析氢气作燃料的优点.
(2)据盖斯定律解答;液氢、液氧恰好完全反应生成气态水,说明氢气和氧气按照物质的量2:1恰好反应,质量比为4:32,计算氢气质量,依据前面得到的热化学方程式计算放出的热量;
(3)根据燃料电池的工作原理:负极上是燃料发生失电子的氧化反应,正极上是氧气发生得电子的还原反应来回答.
解答解:(1)设质量都为m,相同质量的H2、C、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量分别是$\frac{m}{2}$×285.8kJ、$\frac{m}{12}$×393.5kJ、$\frac{m}{114}$×5518kJ、$\frac{m}{16}$×890.3kJ,最大值应为$\frac{m}{2}$×285.8kJ;使用液氢作燃料的优点是:密度小、原料来源广泛、燃烧热值高、产物是水无污染等并且相同质量时,氢气放出的热量多,
故答案为:H2;产物为水,无污染,相同质量时,氢气放出的热量多;
(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
据盖斯定律,①-②×2-③+④×2得:2H2(l)+O2(l)=2H2O(g)H=-546.92KJ/mol;
如果此次“阿特兰蒂斯号”所携带的燃料为45吨,液氢、液氧恰好完全反应生成气态水,氢气和氧气物质的量为2:1,质量比为4:32,45吨燃料中氢气的质量为$\frac{4}{32+4}$×45t=5吨,物质的量为2.5×106mol,H2(l)+$\frac{1}{2}$O2(l)H2O(g)H=-237.46kJ/moL,故放出的热量为2.5×106×237.46=5.94×108kJ,
故答案为:2H2(l)+O2(l)=2H2O(g)H=-546.92KJ/mol;5.94×108;
(3)负极的反应中氢气失电子被氧化,氢气失电子生成氢离子,氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水,所以电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O;正极上是氧气得电子被还原,氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,所以电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应为2H2+O2=2H2O,
故答案为:2H2+4OH--4e-=4H2O;O2+2H2O+4e-=4OH-;2H2+O2=2H2O.