Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题，利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化．请回答以下问题：
（1）由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能．从化学键的角度分析，化学反应的过程就是旧键断裂和新键的形成过程．已知反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93kJ?mol^-1．试根据表中所列键能数据，计算a 的数值为

 

kJ/mol．

化学键	H-H	N-H	N≡N
键能/kJ?mol-1	436	a	945

（2）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．已知在常压下有如下变化：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=b kJ/mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：

 

．
（3）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池．如下图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气．
①写出燃料电池正极的电极反应式

 

．②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是

 

极（填”A”或”B”）；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为

 

L．

（4）如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）．
①该电解槽的阳极反应式为

 

，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为

 

．
②从出口D导出的溶液是

 

（填化学式）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）依据化学反应的焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（3）①甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，碱性溶液中生成碳酸盐，正极是氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子；
②依据电镀原理分析，待镀金属做阴极与电源负极相连，镀层金属做阳极与电源正极相连，含镀层金属离子的电解质溶液；依据电极反应和电子守恒计算得到；
（4）①电解硫酸钾溶液，电解池中阳极电极反应是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴离子交换膜和阳离子交换膜通过的离子根据电荷守恒分析计算；
②阴极附近溶液中氢离子得到电子生成氢气，附近水的电离平衡被破坏，氢氧根离子浓度增大，D处是氢氧化钾；

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93kJ?mol^-1，化学反应的焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，所以得到-93KJ/mol=945KJ/mol+3×436KJ/mol-6×a，计算得到a=391KJ/mol；
故答案为：391；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=b kJ/mol
①+②×4得到液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（a+4b） kJ/mol；
故答案为：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（a+4b） kJ/mol；
（3）①用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气，甲醇在负极失电子在碱溶液中生成盐，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件做电解池的阴极，阴极与电源负极连接，装置图中与甲醇相连的B电极是阴极；当铁件的质量增重6.4g时，Cu²⁺+2e^-=Cu，电子转移0.2mol，燃料电池中消耗氧气的电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依据电子守恒计算消耗氧气物质的量0.05mol，标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案为：B，1.12；
（4）①装置图分析，与电源正极相连的为阳极，溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，电解槽的阳极反应式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数，电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH^-被氧化生成O₂，电极方程式为，SO₄^2-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动，由电荷守恒知钾离子数目大于硫酸根离子数目，通过的离子数之比1：2；
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；1：2；
②阴极附近溶液中氢离子得到电子生成氢气，附近水的电离平衡被破坏，氢氧根离子浓度增大，D处是氢氧化钾；
故答案为：KOH；

点评：本题考查化学反应能量变化，热化学方程式娥盖斯定律的计算应用，原电池和电解池知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和电化学知识的综合运用，注意把握电极的判断和电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合两极转移电子相等计算，难度中等．