Question

20．合理地開發(fā)和利用資源、能源，節(jié)能減排，保護環(huán)境，是人類社會可持續(xù)發(fā)展的基礎．氫氣是理想的能源之一，科學家最近研制出利用太陽能產生激光、并在二氧化鈦（ TiO₂）表面使海水分解得到氫氣的新技術．
（1）水分子分解時，斷裂的化學鍵是H-O鍵，此時需要吸收（填“放出”或“吸收”）能量．水分解生成氫氣和氧氣的反應屬于吸熱（填“放熱”或“吸熱”）反應．
（2）氫氣是理想的清潔燃料的原因主要有：一是其完全燃燒放出的熱量是等質量汽油完成燃燒放出熱量的3倍多，二是制取它的原料是水、資源不受限制，三是它燃燒的產物是水，不會污染環(huán)境．生物質含有葡萄糖、淀粉和纖維素等糖類，也稱碳水化合物，綠色植物將二氧化碳和水變成碳水化合物的過程稱為光合作用．
（3）氫能開發(fā)的首要問題是研究如何以水為原料制取氫氣．下列有關制取氫氣的研究方向可行的是c（填字母）．
a．組成水的氫、氧都是可燃的，可以研究在水不分解的情況下，使氫氣成為燃料
b．尋找高效的催化劑，使水分解產生氫氣，同時釋放出熱量
c．尋找特殊化學物質，用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣
d．尋找更多的化石燃料，利用其燃燒放熱，使水分解產生氫氣
（4）汽車或某些工業(yè)生產的尾氣中含有的氮氧化物NOx（即NO和NO₂的混合物），對生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來較大的威脅．
①大量的氮氧化物排放到空氣中會導致的主要環(huán)境問題有形成酸雨、光化學煙霧或破壞臭氧層（填-項）．
②已知在催化劑和加熱條件下，NO與NH₃反應的化學方程式為：6NO+4NH₃$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$5N₂+6H₂O
某研究小組按下列過程探究不同催化劑對NH₃還原NO反應的催化性能：

若控制其他實驗條件均相同，在催化反應器中裝載不同的催化劑，將經催化反應后的混合氣體通入滴有酚酞試液的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同）．為比較不同催化劑的催化性能，需要測量并記錄的數據是溶液顯色所需要的時間．
③工業(yè)上常用Na₂CO₃溶液吸收處理某些尾氣中的NO_x．己知：
NO不能直接與Na₂CO₃溶液反應；
NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂；
2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．
則當NOx被Na₂CO₃溶液完全吸收時，x的取值范圍是2＞x≥1.5（或x≥1.5）．

Answer 1

分析 （1）化學反應的實質：舊鍵的斷裂和新鍵的生成；舊鍵斷裂吸收的能量；常見的吸熱反應有：絕大數分解反應，水分解反應是吸熱反應；
（2）氫氣無毒、熱值高、不污染環(huán)境，是一種最理想的燃料；綠色植物能將二氧化碳和水合成有機物，同時將光能轉變成化學能并儲存在有機物中；
（3）a．水是由水分子構成的，水分子是由氫氧兩種元素組成．氫氣不等于氫元素，氧氣也不等于氧元素；
b．催化劑，能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發(fā)生改變，尋找高效催化劑，使水分解產生氫氣的速率加快，水分解同時吸收熱量；
c．尋找特殊的化學物質，改變水分解的化學反應速率．用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣，可行；
d．化石燃料燃燒放熱使水分解會消耗大量能源；
（4）①氮的氧化物和有機烴類在光作用下的一系列復雜變化產生光化學污染，通常稱為光化學煙霧，氮氧化物也能破壞臭氧層；
②催化劑不同催化效果不同，可將經催化反應后的混合氣體通過滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同），測量并記錄的溶液顯色的時間；
③當NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，則n（NO₂）≥n（NO），NO含量越少，x值越小，而（NO₂）=n（NO），x值最小，根據極限法計算x值．

解答 解：（1）化學反應的實質：舊鍵的斷裂和新鍵的生成；舊鍵斷裂吸收的能量，成新鍵釋放能量，某一反應是吸熱還是放熱，主要決定于吸熱、放熱的相對大小，常見的吸熱反應有：絕大數分解反應，水分解反應是吸熱反應，
故答案為：吸收；吸熱；
（2）氫氣無毒，熱值高，燃燒能生成水、不污染環(huán)境，是一種最理想的燃料，綠色植物的光合作用是在葉綠體里利用光能把二氧化碳和水合成有機物，釋放氧氣，同時把光能轉變成化學能儲存在合成的有機物中的過程，
故答案為：燃燒的產物是水；光合作用；
（3）a．氫氣、氧氣是兩種單質，氫氣具有可燃性，可成為新能源，氧氣不可以燃燒，只有助燃性．水是由氫元素和氧元素組成．元素不等同于單質．所以，構成水的氫和氧都是可以燃燒的物質，說法錯誤．水在不分解的情況下，不會產生新物質，不產生新物質，就沒有氧氣和氫氣，水就不會成為新能源．因此可研究在水不分解的情況下，使氫成為新能源．說法錯誤．故a錯誤；
b．水在高溫下可以分解，水分解后生成的H₂可以燃燒放出熱量，尋找高效催化劑，使水分解產生氫氣的速率加快，但水分解同時吸收熱量，故b錯誤；
c．水可以分解生成的H₂，氫氣具有可燃性，燃燒放熱．但分解水需高溫條件，需消耗能量，尋找特殊的化學物質，可無需在高溫條件下分解水，降低成本，用于開發(fā)廉價能源，故c正確；
d．水不容易分解，而且利用化石燃料燃燒放熱使水分解會消耗大量能源，故d錯誤；
故選c；
（4）①大氣中的碳氫化合物、氮氧化合物等為一次污染物，在太陽光中紫外線照射下能發(fā)生化學反應，衍生種種二次污染物．由一次污染物和二次污染物的混合物（氣體和顆粒物）所形成的煙霧污染，稱為光化學煙霧，制冷劑“氟里昂”以及氮氧化物等會使臭氧層形成空洞，
故答案為：光化學煙霧或破壞臭氧層；
②溶液顯色的時間不同，說明催化劑的催化效果不同，
故答案為：溶液顯色所需要的時間；
③根據2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，2＞x，當NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，則n（NO₂）≥n（NO），NO含量越少，x值越小，而（NO₂）=n（NO），x值最小，x=$\frac{2+1}{2}$=1.5，
所以當NOx被Na₂CO₃溶液完全吸收時，x的取值范圍是：2＞x≥1.5（或x≥1.5），
故答案為：2＞x≥1.5（或x≥1.5）．

點評 本題考查了化學鍵與反應熱、氫能的利用、氮氧化物間的反應，明確物質的性質是解本題關鍵，難點是（4）③題的計算，要結合方程式中各個物理量之間的關系式解答，會根據題給信息計算x值，題目總體難度中等．