现正开始使用一种安全气袋以防止汽车撞车时在驾驶室的人因向前冲撞发生意外。这种气袋内装有一种能在高温下分解出气体的混合物。例如有一种配方为:
61%—68%NaN3(叠氮化钠)、0%—5%NaNO3、0%—5%陶土、23%—28%Fe2O3粉、1%—2%SiO2粉、2%—6%石墨纤维。这些粉末经加压成型后,装在一个大袋子里,袋子放在驾驶室座位前。撞车时,约在10毫秒(10-3秒)内引发下列反应: 2NaN3=2Na+3N2(365℃分解)反应在约30毫秒内完成,袋内充满N2气而胀大,阻止人体前冲。在以后的100~200毫秒内气体“消失”,所以不致使人反弹,同时袋内的钠变成氧化钠。
(1)你认为完成上述引发分解、生成气体的“消失”、钠变成氧化钠过程各需上述配方里哪些物质和起什么作用 。
(2)若气袋内放300g NaN3,在充满氮气时,袋内气体体积为(1大气压,300K) L 。若袋内气体压力达到4大气压(此时为350K),则袋内气体体积为 L。
(3)配方中Fe2O3的量是如何控制的 。
(4)叠氮离子中有三个氮原子连成直线,N—N键等长(116pm)。写出其电子式 。
(5)怎样做到既使混合物在30毫秒内迅速分解,但又不燃烧、爆炸 。
火箭推进器中盛有强还原剂液态肼(N2H4)和强氧化剂液态双氧水。当它们混合反应时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4 mol液态肼与足量液态双氧水反应,生成水蒸气和氮气,放出256.652 kJ的热量。
(1)反应的热化学方程式为 。
(2)已知H2O(l)H2O(g) ΔH="+44" kJ·mol-1则16 g液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是 kJ。
(3)此反应用于火箭推进,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个很大的优点是 。
(4)发射卫星可用肼为燃料,二氧化氮作氧化剂,两者反应生成氮气和水蒸气。已知:
N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH="-534" kJ·mol-1
肼和二氧化氮反应的热化学方程式为 。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向煤气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出了热值高达12 500~16 000 kJ·m-3的煤炭气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。已知:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1①
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2=-483.6 kJ·mol-1②
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH3=+131.3 kJ·mol-1③
则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)H2O(g)+CO2(g) ΔH= kJ·mol-1。标准状况下的煤炭气(CO、H2)33.6 L与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应过程中转移 mol e-。
为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应的措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
(1)实验测得,5 g甲醇(CH3OH,液态)在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式: 。
(2)已知化学键的键能为:
化学键 |
H—H |
N—H |
![]() |
键能/( kJ·mol-1) |
436 |
391 |
945 |
又知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH="a" kJ·mol-1。试根据表中所列键能数据估算a的值为 。
(3)已知:C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH="-393" kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH="-2" 599 kJ·mol-1
根据盖斯定律,计算298 K时C(石墨,s)和H2(g)反应生成1 mol C2H2(g)的焓变为 。
工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283.0 kJ·mol-1,则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为 。
按要求完成下列问题:
(1)在1.01×105 Pa时,4 g氢气在O2中完全燃烧生成液态水,放出572 kJ的热量,则H2的燃烧热的ΔH= ;表示氢气燃烧的热化学方程式为 。
(2)在1.01×105 Pa时,16 g S在足量的氧气中充分燃烧生成二氧化硫,放出148.5 kJ的热量,则S的燃烧热的ΔH= ;S燃烧的热化学方程式为 。
(3)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和水。已知室温下1 g甲硅烷自燃放出44.6 kJ热量,其热化学方程式为 。