Question

13．（1）有關化學反應的能量變化如圖1所示．合成氨用的氫氣可以甲烷為原料制得，請寫出CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ•mol^-1．

（2）液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲裝置等優點．一種以肼（N₂H₄）為燃料的電池裝置如圖2所示．該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質．回答有關問題：
①電流從右側電極經過負載后流向左側電極（填“左或右”）；
②負極發生的電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O
③該燃料電池的離子交換膜需選用陰離子交換膜（填“陽離子”或“陰離子”）
④常溫下，用該電池電解400mL的飽和硫酸銅溶液（電極為惰性電極），電極表面水的電離平衡右移動（填“向左”“向右”或“不”）；當消耗32mg液態肼時，電解后溶液的pH=2 （不考慮體積變化）．

Answer 1

分析 （1）依據圖象分析各個反應過程中能量變化情況，寫出熱化學方程式，依據蓋斯定律計算CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的反應熱，據此寫出熱化學方程式；
（2）該燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，左側為負極，電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，正極上氧氣得電子發生還原反應，右側為正極，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池總反應為：N₂H₄+O₂=N₂↑+2H₂O，結合離子的移動方向、電流的方向，電子守恒規律分析解答①②③；
④用惰性電極電極硫酸銅，陽極上水電離產生的氫氧根離子失去電子發生氧化反應，促進水的電離；
串聯電路中電解池、原電池中各個電極上通過的電量相等，依據消耗32mg液態肼時，計算各個電極上轉移的電子的數目，依據電解池陽極發生反應4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，計算消耗的氫氧根離子，進而計算生成的氫離子的物質的量和物質的量濃度，依據pH計算公式求溶液pH值．

解答 解：（1）由圖象分析反應過程都是能量降低的過程，說明反應是放熱反應；反應的熱化學方程式分別為：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
由蓋斯定律①-③×3-②得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ•mol^-1；
（2）①該燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，左側為負極，右側為正極，電流從正極出發經過負載流向負極，
故答案為：右；左；
②負極上燃料失電子發生氧化反應，左側為負極，電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
③該原電池中，正極上生成氫氧根離子，所以離子交換膜要選取陰離子交換膜，
故答案為：陰離子；
④惰性電極電極硫酸銅溶液時，水中氫氧根離子在陽極上放電，不斷消耗，促進了水的電離，使水的電離平衡向右移動；
依據N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O可知消耗32g肼轉移4mol電子，所以消耗32mg液態肼時，轉移電子數為0.004mol，電極池中4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，轉移0.004mol電子，消耗0.004molOH^-，同時生成0.004molH⁺，所以C（H⁺）=$\frac{0.004mol}{0.4L}$=0.01mol，溶液的pH=-lg[H⁺]=2；
故答案為：右；2．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫、燃料電池、電解池工作原理，熟悉蓋斯定律計算反應熱的方法和燃料電池、電解池工作原理是解題關鍵，注意有關電化學計算中電子守恒的應用．