Question

15．（1）已知H-H 鍵能為436kJ•mol^-1，H-N鍵鍵能為391kJ•mol^-1，根據化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．則N≡N鍵的鍵能是945.6kJ•mol^-1
（2）事實證明，能設計成原電池的反應通常是放熱反應，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是^B．
A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0      B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0
C．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0
（3）以KOH溶液為電解質溶液，依據所選反應設計一個原電池，其正極的電極反應式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（4）電解原理在化學工業中有著廣泛的應用．現將你設計的原電池通過導線與圖中電解池相連，其中為 a電解液，X和Y均為惰性電極，則  
①若a為CuSO₄溶液，則電解時的化學反應方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
②若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，
當陽極產生的氣體672mL（標準狀況下）時，溶液的pH=1（假設電解后溶液體積不變）．
③若用此電解裝置模擬工業精煉銅，則應將a改為CuSO₄或CuCl₂溶液，并將Y極換成粗銅（填“X”或“Y”）

Answer 1

分析 （1）根據反應熱△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，據此計算；
（2）能夠設計成原電池的反應還必須是自發的氧化還原反應；
（3）氫氧燃料電池中氧氣在正極上反應；
（4）①若電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，據此寫出電池反應式；
②根據轉移電子守恒計算陰極上析出的物質，再根據氧氣計算生成的C（H⁺），從而得出其pH；
③工業精煉銅時，陽極是粗銅，電解液為含銅離子的溶液．

解答 解：（1）已知：H-H鍵能為436kJ•mol^-1，N-H鍵鍵能為391kJ•mol^-1，令N≡N的鍵能為x，
對于反應N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
反應熱△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，故x+3×436kJ•mol^-1-2×3×391kJ•mol^-1=-92.4kJ•mol^-1
解得：x=945.6kJ•mol^-1，故答案為：945.6kJ•mol^-1；
（2）能夠設計成原電池的反應還必須是放熱的氧化還原反應，故答案為：B；
（3）以KOH溶液為電解質溶液，氫氧燃料電池中氧氣在正極上反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（4）①電解硫酸銅溶液時，陽極上生成氧氣，陰極上生成銅，同時溶液中生成硫酸，所以電池反應式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽極上先生成氯氣后生成氧氣，陰極上先生成銅，后生成氫氣，陽極上氯氣完全析出時，氯氣的體積=$\frac{0.04mol}{2}$×22.4L/mol=448mL＜672mL，所以陽極上還有224mL氧氣，陽極上轉移電子的物質的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.08mol，陰極上銅完全析出時，需要電子的物質的量=0.04mol×2=0.08mol，所以陰極上不析出氫氣，生成224mL氧氣時，陽極附近同時生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224L}{22.4L/mol}×4}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：1；
③工業精煉銅時，陽極是粗銅，電解液為含銅離子的溶液CuSO₄或CuCl₂，故答案為：CuSO₄或CuCl₂；Y．

點評 本題考查構成原電池的條件、電解池的有關計算等知識點，難點是（4）中溶液pH的計算，只有明確陰陽極上析出的物質才能正確解答，為易錯點