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常见火箭燃料燃烧时的热效应问题探究
　　发射卫星或飞船的火箭燃料要体积小、重量轻，但产生的热量要大，这样才能使卫星或飞船快速地送上轨道。偏二甲肼（C2H8N2）、肼（N2H4）、液氢（H2）、煤油等燃料产生的推力大且燃烧时间较长，可作为火箭的常用燃料。
1.长征四号丙火箭具有可靠性高和适应强的特点，为中国国防现代化建设和国民经济发展做出了重要贡献，该系列火箭各级全部使用N2O4和偏二甲肼（C2H8N2）作推进剂。
（1）N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2（g）、H2O（g）、N2（g），并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态N2O4完全燃烧可放出425 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）与偏二甲肼（C2H8N2）、四氧化二氮推进剂相比，液氢、液氧推进剂的优点有哪些？
（3）已知：①H2（g）H2（l）
ΔH1＝－0.92 kJ·mol－1；
②O2（g）O2（l）
ΔH2＝－6.84 kJ·mol－1；
③H2O（l）H2O（g）
ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1；
④H2（g）＋O2（g）H2O（l）
ΔH4＝－285.8 kJ·mol－1；
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.目前火箭推进剂中较普遍的组合是肼（N2H4）和N2O4，两者反应生成N2和水蒸气。已知：
①2O2（g）＋N2（g）N2O4（g）
ΔH1＝＋8.7 kJ·mol－1
②N2（g）＋2H2（g）N2H4（g）
ΔH2＝＋50.6 kJ·mol－1
③O2（g）＋2H2（g）2H2O（g）
ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1
（1）写出N2H4（g）和N2O4（g）反应的热化学方程式。
（2）叙述N2H4和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因。
1.液态肼（N2H4）和液态过氧化氢可作为火箭推进剂的原料，它们混合时发生反应，生成N2和水蒸气，并放出大量的热。已知1 g液态肼与足量的液态过氧化氢完全反应生成气态水放出的热量为20 kJ。
（1）以N2和H2为原料通过一定途径可制得N2H4，已知断裂1 mol N—N、N≡N、N—H、H—H所需的能量分别为193 kJ·mol－1、946 kJ·mol－1、390.8 kJ·mol－1、436 kJ·mol－1，由N2、H2合成气态肼（N2H4）的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）温度在150 ℃以上时，H2O2便迅速分解为H2O和O2，发射火箭时用过氧化氢作强氧化剂就是利用这个原理。
已知：①H2（g）＋O2（g）H2O2（l）
ΔH1＝－134.3 kJ·mol－1；
②H2O（l）H2（g）＋O2（g）
ΔH2＝＋286 kJ·mol－1。
则反应③H2O2（l）H2O（l）＋O2（g）的ΔH＝　　　　。
2.近年来，以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究得到了迅速发展。发展氢能源，首先必须制得廉价的氢气。
（1）氢气燃烧时耗氧量小，发热量大。已知热化学方程式：2H2（g）＋O2（g）2H2O（l）
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C（g）＋O2（g）CO2（g）
ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
试通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量的比值是　　　　（保留两位小数）。
（2）某些科学家对以下3个化学反应很感兴趣：
①3FeCl2＋4H2OFe3O4＋6HCl＋H2↑
②2Fe3O4＋3Cl2＋12HCl6FeCl3＋6H2O＋O2
③6FeCl36FeCl2＋3Cl2↑
科学家研究上述反应意义在于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。相关化学键的键能数据见下表。
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/（kJ·mol－1） 946 436.0 390.8
反应2NH3（g）N2（g）＋3H2（g）　ΔH＝　　　　 kJ·mol－1。
热化学方程式的书写与焓变的计算
1.（2024·甘肃高考17题节选）由SiCl4制备SiHCl3：SiCl4（g）＋H2（g）SiHCl3（g）＋HCl（g）　ΔH1＝＋74.22 kJ·mol－1　（298 K）
已知SiHCl3（g）＋H2（g）Si（s）＋3HCl（g）　ΔH2＝＋219.29 kJ·mol－1　（298 K）
298 K时，由SiCl4（g）＋2H2（g）Si（s）＋4HCl（g）制备56 g硅　　　　（填“吸”或“放”）热　　　　kJ。
2.（2024·安徽高考17题节选）C2H6氧化脱氢反应：
2C2H6（g）＋O2（g）2C2H4（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－209.8 kJ·mol－1
C2H6（g）＋CO2（g）C2H4（g）＋H2O（g）＋CO（g）　ΔH2＝178.1 kJ·mol－1
计算：2CO（g）＋O2（g）2CO2（g）　ΔH3＝　　　　kJ·mol－1。
3.（2024·山东高考20题节选）水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下：
C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）（Ⅰ）　ΔH1＞0
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）（Ⅱ）　ΔH2＜0
CaO（s）＋CO2（g）CaCO3（s）（Ⅲ）　ΔH3＜0
则C（s）＋CaO（s）＋2H2O（g）CaCO3（s）＋2H2（g）的焓变ΔH＝　　　　（用代数式表示）。
4.（2024·广东高考19题节选）酸催化下NaNO2与NH4Cl混合溶液的反应（反应a），可用于石油开采中油路解堵。
反应a：N（aq）＋N（aq）N2（g）＋2H2O（l）
已知：NaNO2（s）　　＋　　NH4Cl（s）
则反应a的ΔH＝　　　　　　　　　。
3 / 3章末整合提升　体系构建 素养提升
常见火箭燃料燃烧时的热效应问题探究
　　发射卫星或飞船的火箭燃料要体积小、重量轻，但产生的热量要大，这样才能使卫星或飞船快速地送上轨道。偏二甲肼（C2H8N2）、肼（N2H4）、液氢（H2）、煤油等燃料产生的推力大且燃烧时间较长，可作为火箭的常用燃料。
1.长征四号丙火箭具有可靠性高和适应强的特点，为中国国防现代化建设和国民经济发展做出了重要贡献，该系列火箭各级全部使用N2O4和偏二甲肼（C2H8N2）作推进剂。
（1）N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2（g）、H2O（g）、N2（g），并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态N2O4完全燃烧可放出425 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示：10.0 g即 mol液态偏二甲肼（C2H8N2）与足量的液态四氧化二氮（N2O4）完全反应生成N2（g）、CO2（g）、H2O（g），放出425 kJ的热量，所以1 mol液态偏二甲肼（C2H8N2）与足量的液态四氧化二氮（N2O4）完全反应生成N2（g）、CO2（g）、H2O（g），放出425 kJ×6＝2 550 kJ的热量，则热化学方程式为C2H8N2（l）＋2N2O4（l）3N2（g）＋2CO2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－2 550 kJ·mol－1。
（2）与偏二甲肼（C2H8N2）、四氧化二氮推进剂相比，液氢、液氧推进剂的优点有哪些？
提示：与偏二甲肼、四氧化二氮推进剂相比，液氢、液氧推进剂的优点是氢气和氧气都无毒性，且氢气燃烧产物只有水，无污染，氢气的热值高，即无毒、无污染、热值高。
（3）已知：①H2（g）H2（l）
ΔH1＝－0.92 kJ·mol－1；
②O2（g）O2（l）
ΔH2＝－6.84 kJ·mol－1；
③H2O（l）H2O（g）
ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1；
④H2（g）＋O2（g）H2O（l）
ΔH4＝－285.8 kJ·mol－1；
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示：根据盖斯定律④－①－×②＋③得反应H2（l）＋O2（l）H2O（g）　ΔH＝－237.46 kJ·mol－1。
2.目前火箭推进剂中较普遍的组合是肼（N2H4）和N2O4，两者反应生成N2和水蒸气。已知：
①2O2（g）＋N2（g）N2O4（g）
ΔH1＝＋8.7 kJ·mol－1
②N2（g）＋2H2（g）N2H4（g）
ΔH2＝＋50.6 kJ·mol－1
③O2（g）＋2H2（g）2H2O（g）
ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1
（1）写出N2H4（g）和N2O4（g）反应的热化学方程式。
提示：根据盖斯定律③×2－①－②×2得2N2H4（g）＋N2O4（g）3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝（－483.6 kJ·mol－1×2）－（＋8.7 kJ·mol－1）－（＋50.6 kJ·mol－1×2）＝－1 077.1 kJ·mol－1，所以N2H4（g）和N2O4（g）反应的热化学方程式为2N2H4（g）＋N2O4（g）3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－1 077.1 kJ·mol－1。
（2）叙述N2H4和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因。
提示：肼（N2H4）和N2O4反应释放出大量热、产物无污染、产生大量气体等。
1.液态肼（N2H4）和液态过氧化氢可作为火箭推进剂的原料，它们混合时发生反应，生成N2和水蒸气，并放出大量的热。已知1 g液态肼与足量的液态过氧化氢完全反应生成气态水放出的热量为20 kJ。
（1）以N2和H2为原料通过一定途径可制得N2H4，已知断裂1 mol N—N、N≡N、N—H、H—H所需的能量分别为193 kJ·mol－1、946 kJ·mol－1、390.8 kJ·mol－1、436 kJ·mol－1，由N2、H2合成气态肼（N2H4）的热化学方程式为N2（g）＋2H2（g）N2H4（g）　ΔH＝＋61.8 kJ·mol－1　。
（2）温度在150 ℃以上时，H2O2便迅速分解为H2O和O2，发射火箭时用过氧化氢作强氧化剂就是利用这个原理。
已知：①H2（g）＋O2（g）H2O2（l）
ΔH1＝－134.3 kJ·mol－1；
②H2O（l）H2（g）＋O2（g）
ΔH2＝＋286 kJ·mol－1。
则反应③H2O2（l）H2O（l）＋O2（g）的ΔH＝－151.7 kJ·mol－1。。
解析：（1）N2、H2合成气态肼（N2H4）的化学方程式为N2（g）＋2H2（g）N2H4（g），则根据ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和可知，该反应的反应热ΔH＝946 kJ·mol－1＋（2×436 kJ·mol－1）－193 kJ·mol－1－（4×390.8 kJ·mol－1）＝＋61.8 kJ·mol－1，故其热化学方程式为N2（g）＋2H2（g）N2H4（g）　ΔH＝＋61.8 kJ·mol－1。
（2）根据盖斯定律，－（①＋②）得到反应③H2O2（l）H2O（l）＋O2（g），则对应的反应焓变ΔH＝－（－134.3＋286）kJ·mol－1＝－151.7 kJ·mol－1。
2.近年来，以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究得到了迅速发展。发展氢能源，首先必须制得廉价的氢气。
（1）氢气燃烧时耗氧量小，发热量大。已知热化学方程式：2H2（g）＋O2（g）2H2O（l）
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C（g）＋O2（g）CO2（g）
ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
试通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量的比值是4.36∶1（保留两位小数）。
（2）某些科学家对以下3个化学反应很感兴趣：
①3FeCl2＋4H2OFe3O4＋6HCl＋H2↑
②2Fe3O4＋3Cl2＋12HCl6FeCl3＋6H2O＋O2
③6FeCl36FeCl2＋3Cl2↑
科学家研究上述反应意义在于　探究常温下利用水的分解制取氢气　。
（3）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。相关化学键的键能数据见下表。
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/（kJ·mol－1） 946 436.0 390.8
反应2NH3（g）N2（g）＋3H2（g）　ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1。
解析：（1）由热化学方程式可知，相同质量的氢气和碳完全燃烧时放出的热量之比为（285.8 kJ·mol－1×）∶（ 393.5 kJ·mol－1×）≈4.36∶1。
（2）根据题中所给三个反应叠加，①×2＋②＋③可以得到反应2H2O2H2↑＋O2↑，所以研究这三个反应的意义在于探究常温下利用水分解制取氢气。
（3）由ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和可知，该反应的ΔH＝2×（390.8 kJ·mol－1×3） －[946 kJ·mol－1＋（436.0 kJ·mol－1×3）]＝＋90.8 kJ·mol－1。
热化学方程式的书写与焓变的计算
1.（2024·甘肃高考17题节选）由SiCl4制备SiHCl3：SiCl4（g）＋H2（g）SiHCl3（g）＋HCl（g）　ΔH1＝＋74.22 kJ·mol－1　（298 K）
已知SiHCl3（g）＋H2（g）Si（s）＋3HCl（g）　ΔH2＝＋219.29 kJ·mol－1　（298 K）
298 K时，由SiCl4（g）＋2H2（g）Si（s）＋4HCl（g）制备56 g硅吸（填“吸”或“放”）热587.02kJ。
解析：根据盖斯定律，由第一个反应＋第二个反应，可得热化学方程式SiCl4（g）＋2H2（g）Si（s）＋4HCl（g）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋74.22 kJ·mol－1＋（＋219.29 kJ·mol－1）＝＋293.51 kJ·mol－1，则制备56 g Si（2 mol）需要吸收的热量为293.51 kJ·mol－1×2 mol＝587.02 kJ。
2.（2024·安徽高考17题节选）C2H6氧化脱氢反应：
2C2H6（g）＋O2（g）2C2H4（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－209.8 kJ·mol－1
C2H6（g）＋CO2（g）C2H4（g）＋H2O（g）＋CO（g）　ΔH2＝178.1 kJ·mol－1
计算：2CO（g）＋O2（g）2CO2（g）　ΔH3＝－566kJ·mol－1。
解析：由盖斯定律可知，目标反应＝第1个反应－2×第2个反应，则ΔH3＝ΔH1－2ΔH2＝－566 kJ·mol－1。
3.（2024·山东高考20题节选）水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下：
C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）（Ⅰ）　ΔH1＞0
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）（Ⅱ）　ΔH2＜0
CaO（s）＋CO2（g）CaCO3（s）（Ⅲ）　ΔH3＜0
则C（s）＋CaO（s）＋2H2O（g）CaCO3（s）＋2H2（g）的焓变ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3（用代数式表示）。
解析：设目标反应C（s）＋CaO（s）＋2H2O（g）CaCO3（s）＋2H2（g）为Ⅳ，根据盖斯定律，Ⅳ＝Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ，所以ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
4.（2024·广东高考19题节选）酸催化下NaNO2与NH4Cl混合溶液的反应（反应a），可用于石油开采中油路解堵。
反应a：N（aq）＋N（aq）N2（g）＋2H2O（l）
则反应a的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4。
解析：由已知信息可得：Ⅰ.NaNO2（s）＋NH4Cl（s）N2（g）＋NaCl（s）＋2H2O（l）　ΔH1；Ⅱ.NaNO2（s）Na＋（aq）＋N（aq）　ΔH2；Ⅲ.NH4Cl（s）Cl－（aq）＋N（aq）　ΔH3；Ⅳ.NaCl（s）Na＋（aq）＋Cl－（aq）　ΔH4。根据盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ＋Ⅳ可得N（aq）＋N（aq）N2（g）＋2H2O（l），故反应a的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4。
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