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第 1 题

泥鸽射击弹药中使用硝化纤维素等速燃火药。硝化纤维素主要成分为纤维素三硝酸酯，由纤维素（实验式 CX6HX7(OH)X3OX2\ce{C6H7(OH)3O2}）加入浓硝酸与浓硫酸混合物制得，生成纤维素三硝酸酯（CX6HX7(ONOX2)X3OX2\ce{C6H7(ONO2)3O2}）及另一产物。酸混合物中生成的硝鎓离子 NOX2X+\ce{NO2+} 对羟基进行硝化。硝酸作为路易斯碱接受硫酸的质子形成中间体 HX2NOX3X+\ce{H2NO3+}，再分解为 NOX2X+\ce{NO2+}。(a) 写出纤维素与硝酸反应生成纤维素三硝酸酯的方程式。(b) 写出 HX2NOX3X+\ce{H2NO3+} 的生成方程式及其分解为 NOX2X+\ce{NO2+} 的方程式。(c) 纤维素三硝酸酯完全燃烧生成二氧化碳、水和一种气态单质。写出 CX6HX7NX3OX11\ce{C6H7N3O11} 的完全燃烧方程式，并用 ΔfH∘(CO)=−110.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO}) = -110.5、ΔfH∘(COX2)=−393.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO2}) = -393.5、ΔfH∘(HX2O)=−285.8\Delta_f H^{\circ}(\ce{H2O}) = -285.8、ΔfH∘(纤维素三硝酸酯)=−653.1\Delta_f H^{\circ}(\text{纤维素三硝酸酯}) = -653.1 kJ mol−1^{-1} 计算标准燃烧焓。(d) 射击时来不及与空气中的氧反应，纤维素三硝酸酯全部分解为气态产物（不生成 OX2\ce{O2}），产物温度超过 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C}。写出该分解方程式，并计算 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C} 下 5.00 g 纤维素三硝酸酯产生的气体总体积（以 m3^3 计）。
第 5/5 步：分解与气体体积
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CX6HX7NX3OX11→92 CO+72 HX2O+32 NX2+32 COX2;V=11×0.01683×8.314×473101325=7.18×10−3 m3\ce{C6H7N3O11 -> 9/2 CO + 7/2 H2O + 3/2 N2 + 3/2 CO2};\quad V = \frac{11 \times 0.01683 \times 8.314 \times 473}{101325} = 7.18 \times 10^{-3}\ \text{m}^3
分析

无外部 OX2\ce{O2} 时化合物仅部分自氧化，每摩尔生成11 mol气体（M=297.15M = 297.15 g/mol，n=0.01683n = 0.01683 mol）。V=nRT/P=7.18×10−3V = nRT/P = 7.18 \times 10^{-3} m3^3。

常见错误. 答案要求 m3^3 而非 dm3^3；200 °C 下包括水蒸气在内的全部11 mol气体都要计入。