Question

17．完成下列熱化學方程式（化學方程式、電極反應式、表達式等）的書寫：
（1）已知：2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1，
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ•mol^-1
用炭粉在高溫條件下還原CuO生成Cu₂O固體和CO的熱化學方程式是：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5KJ/mol．
（2）鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現代生活中有廣泛應用，該電池的電解質溶液為KOH溶液，它的充、放電反應按正式進行：Cd+2NiOOH+2H₂O$?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂，已知Ni（OH）₂、Cd（OH）₂、NiOOH都難溶于KOH溶液．請寫出該電池在放電時的負極電極反應式：Cd-2e^-+2OH^-=Cd（OH）₂和充電時的陽極電極反應式：Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O．
（3）以甲烷、空氣為反應物，KOH溶液作電解質溶液構成燃料電池，則負極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．用該燃料電池電解水，當消耗1mol甲烷時可生成H₂4mol．

Answer 1

分析 （1）據蓋斯定律，利用已知熱化學方程式構建待求熱化學方程式解答；
（2）原電池中，負極上發生失電子的氧化反應，充電時為電解池，電解池中，與直流電源正極相連的電極是陽極，陽極發生失電子的氧化反應；
（3）甲烷燃料電池中，負極上是甲烷發生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生得電子的還原反應，又因為電解質是KOH溶液，不會在電極上放出二氧化碳；據電子守恒計算生成氫氣的物質的量．

解答 解：（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ•mol^-1
據蓋斯定律，①+②-2×③得：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5KJ/mol，故答案為：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5KJ/mol；
（2）放電時是原電池工作原理，負極上發生失電子的氧化反應，即Cd-2e^-+2OH^-=Cd（OH）₂，充電時是電解池的工作原理，電解池中，與直流電源正極相連的電極是陽極，陽極發生失電子的氧化反應，即發生Ni（OH）₂轉化為NiO（OH）的反應：Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O，
故答案為：Cd-2e^-+2OH^-=Cd（OH）₂；Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O；
（3）甲烷燃料電池以KOH溶液為電解質溶液時，負極上是甲烷發生失電子的氧化反應，又因為電解質是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應得到的是碳酸鉀，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，消耗1mol甲烷時，轉移8mol電子，電解水時，每轉移2mol電子生成1mol氫氣，所以轉移8mol電子，生成4mol氫氣，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；4．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、原電池和電解池中電極反應式的書寫、電化學中電子守恒的應用，題目難度不大．