Question

17．（1）如圖1是工業氮氣和氫氣合成1mol氨氣過程中能量變化示意圖，請寫出該反應的熱化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=2（a-b）kJ/mol．

（2））依據蓋斯定律可以對某些難以通過實驗直接測定的化學反應的焓變進行推算．
已知：C（s，石墨）+O₂（g）═C0₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1
2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-2599kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，計算298K時由C（s，石墨）和H₂（g）生成1mol C₂H₂（g）反應的焓變：△H=226.7kJ•mol^-1．
（3）將鐵片和鋅片放在盛有NaCl溶液（其中滴有酚酞）的表面皿中，如圖2所示．
正極上發生的電極反應為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-
陰極上發生的電極反應為2H⁺+2e^-═H₂↑
（4）如圖3是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：
①電池的負極是a（填“a”或“b”）極，負極的電極反應式是：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
②電池工作一段時間后電解質溶液的pH減小（填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據圖象中能量變化，寫出熱化學方程式并標明物質聚集狀態；
（2）據已知熱化學方程式，利用蓋斯定律解答；
（3）將鐵片和鋅片放在盛有NaCl溶液（其中滴有酚酞）的表面皿中，甲形成原電池反應，鋅為負極，鐵為正極；
乙為電解反應，鐵為陽極被氧化生成亞鐵離子，陰極發生還原反應生成氫氣；
（4）①燃料電池中，負極上投放燃料，發生失電子發生氧化反應，正極上投放氧氣，發生得電子的還原反應；
②根據該燃料電池工作時的總反應中消耗了電解質溶液中的氫氧根離子來回答．

解答 解：（1）圖象中生成1mol氨氣的能量變化為：aKJ/mol-bKJ/mol=（a-b）KJ/mol，該反應放熱，熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂ （g）═2NH₃（g）△H=2（a-b）kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂ （g）═2NH₃（g）△H=2（a-b）kJ/mol；
（2）已知：①C（s，石墨）+O₂（g）═C0₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1
③2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-2599kJ•mol^-1
據蓋斯定律，（①×4+②-③）÷2得：2C（s，石墨）+H₂（g）=C₂H₂（g）△H=[4×（-393.5KJ/mol）+（-571.6KJ/mol）-（-2599KJ/mol）]÷2=226.7kJ•mol^-1
，故答案為：226.7kJ•mol^-1；
（3）將鐵片和鋅片放在盛有NaCl溶液（其中滴有酚酞）的表面皿中，甲形成原電池反應，鋅為負極，鐵為正極；
正極反應的電極方程式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，乙為電解反應，鐵為陽極被氧化生成亞鐵離子，陰極發生還原反應生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；2H⁺+2e^-═H₂↑；
（4）①甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極a為原電池的負極，負極上是甲烷發生失電子的氧化反應，在堿性環境中電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：a；CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
②根據電池的兩極反應，在轉移電子一樣的情況下，消耗了溶液中的氫氧根離子，所以溶液的堿性減弱，pH減小，
故答案為：減小．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、蓋斯定律的應用、原電池和電解池原理以及甲烷燃料電池的工作原理知識，注意知識的遷移和應用是解題關鍵，難度不大．