Question

1．I．已知拆開1mol H-H鍵，1mol N三N鍵分別需要吸收的能量為436kJ，946kJ；形成1mol N-H鍵，會放出能量391kJ，在反應N₂+3H₂═2NH₃中，每生成2mol NH₃放出_熱量（填：吸收或放出）92kJ．
II．我國經濟發展對能源的需求與日俱增．一種新型燃料電池是將兩根特制電極插入氫氧化鉀溶液中，然后從兩極分別通入甲烷和氧氣，其電極反應式為：
X極：CH₄+10OH^--8e-═CO₃^2-+7H₂O   Y極：4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-
（1）、指出該電池的正極Y（X或Y）極 
（2）、在標準狀況下，通入5，.6L甲烷氣體，完全反應后有2mol電子轉移；
（3）、該電池的電解質溶液的PH變化是降低（填升高、降低、不變）
III．利用Cu+2FeCl₃=CuCl₂+2FeCl₂反應，設計一個原電池．
（1）畫出裝置圖（在圖中標出電極材料、正負極、電解質溶液）．
（2）寫出電極反應方程式負極：Cu-2e^-=Cu²⁺   正極：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

Answer 1

分析 I．化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，根據方程式計算分別吸收和放出的能量，以此計算反應熱并判斷吸熱還是放熱；
Ⅱ．堿性甲烷燃料電池，具有還原性的甲烷為原電池的負極，發生氧化反應，電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧氣的一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-，其總反應為CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，據此分析解答；
Ⅲ．該反應中Fe元素化合價由+3價變為+2價、Cu元素化合價由0價變為+2價，發生氧化反應的金屬Cu作負極、不如Cu活潑的金屬或導電的非金屬作正極，FeCl₃為電解質，據此設計原電池．

解答 解：I．在反應N₂+3H₂?2NH₃中，斷裂3mol H-H鍵，1molN三N鍵共吸收的能量為：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2molNH₃，共形成6mol N-H鍵，放出的能量為：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，該反應為放熱反應，生成2molNH₃放出的熱量為：2346kJ-2254kJ=92kJ，故答案為：放出；92；
Ⅱ．堿性甲烷燃料電池，具有還原性的甲烷為原電池的負極，發生氧化反應，電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧氣的一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-，其總反應為CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，
（1）根據以上分析，該電池的正極為通入氧氣的Y極，故答案為：Y；
（2）根據負極反應CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，當通入5.6L甲烷氣體即$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，所以完全反應后有0.25mol×8=2mol電子轉移，故答案為：2；
（3）根據反應總反應為CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，消耗氫氧根離子，所以該電池的電解質溶液的PH降低，故答案為：降低；
Ⅲ．（1）根據電池反應式知，Fe元素化合價由+3價變為+2價、Cu元素化合價由0價變為+2價，所以Cu作負極，不如銅活潑的金屬或導電的非金屬作正極，如C，FeCl₃溶液為電解質溶液，其裝置圖為，故答案為：；
（2）由方程式可知，Cu被氧化，為原電池的負極，負極反應為Cu-2e^-=Cu²⁺，正極Fe³⁺被還原，電極方程式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

點評 本題考查了考查反應熱的計算、燃料電池正負極的判斷及計算、原電池設計等，把握從鍵能的角度計算反應熱的方法以及原電池原理的應用，注意相關基礎知識的積累，題目難度不大．