Question

5．能量是一個世界性的話題，如何充分利用能量、開發新能源，為人類服務是廣大科技工作者不懈努力的目標．

（1）如圖1所示，組成一個原電池．
①當電解質溶液為稀硫酸時：Cu電極的電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑；
②當電解質溶液為濃硝酸時：Cu電極是負（填“正”或“負”）極．
（2）①若用惰性電極電解某CuSO₄溶液．請寫出開始電解時反應的總化學方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②若電解足量的KCl溶液，電解一段時間后，要使該溶液恢復到電解前溶液的體積和濃度，則應加入適量的氯化氫（填寫物質的名稱）．
（3）氫氣具有熱值高，產物無污染等優點，是一種理想的新能源．已知4g H₂完全燃燒生成液態水時放出熱量為571.6kJ，試寫出表示H₂燃燒熱的熱化學方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．
（4）發射衛星時，可用肼（N₂H₄）為燃料和二氧化氮（NO₂）作氧化劑，兩者反應生成氮氣和氣態水．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1；
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1；
試寫出液態N₂H₄和氣態NO₂反應生成氣態N₂和氣態H₂O的熱化學方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1．
（5）水煤氣可作為工業上的一種能源（利用C和H₂O氣在高溫下產生CO和H₂）．圖2是一碳酸鹽燃料電池（MCFC），以水煤氣（若水煤氣中CO和H₂的物質的量之比為1：1）為燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質．則B極是燃料電池的正極（填寫“正極”或“負極”）；寫出該燃料電池的總反應式：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；寫出A極發生的電極反應式：CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①當電解質溶液為稀硫酸時：Fe易失電子作負極、Cu作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣；
②當電解質溶液為濃硝酸時：鐵和濃硝酸發生鈍化現象，Cu易失電子作負極、Fe作正極；
（2）①用惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子放電生成銅，同時電解質溶液中還生成硫酸；
②若電解足量的KCl溶液，溶液中氯離子在陽極失電子發生氧化反應，氫離子在陰極得電子發生還原反應，根據少什么加什么分析判斷；
（3）4g氫氣的物質的量是2mol，2mol氫氣完全燃燒生成液態水放出571.6kJ，則1mol氫氣完全燃燒生成液態水放出285.8kJ熱量；
（4））①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
依據蓋斯定律②×2-①計算得到；
（5）碳酸鹽燃料電池中通氧氣的電極一定為正極，通入燃料的電極一定為負極，氧氣在該電極上發生還原反應．

解答 解：（1）①當電解質溶液為稀硫酸時：Fe易失電子作負極、Cu作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②當電解質溶液為濃硝酸時：鐵和濃硝酸發生鈍化現象，Cu易失電子作負極、Fe作正極，故答案為：負；
（2）①用惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子放電生成銅，同時電解質溶液中還生成硫酸，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②若電解足量的KCl溶液，溶液中氯離子在陽極失電子發生氧化反應，氫離子在陰極得電子發生還原反應，根據少什么加什么，則恢復原溶液濃度需要加入析出的物質，即加入氯化氫可以恢復，故答案為：氯化氫；
（3）4g氫氣的物質的量是2mol，2mol氫氣完全燃燒生成液態水放出571.6kJ，則1mol氫氣完全燃燒生成液態水放出285.8kJ熱量，其燃燒熱化學方程式為 H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
依據蓋斯定律②×2-①得到，2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1；
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1 ；
（5）碳酸鹽燃料電池中通氧氣的電極一定為正極，通入燃料的電極一定為負極，則A為負極，反應為：CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O；氧氣在該電極上發生還原反應，所以B為正極，反應為：2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-；所以總反應為：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O，故答案為：正極；CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O．

點評 本題考查原電池和電解池原理、蓋斯定律、燃燒熱等知識點，側重考查基本理論，注意不能根據金屬的活潑性強弱判斷正負極，要根據失電子難易程度判斷正負極，為易錯點．