Question

（1）在298K時，1mol C₂H₆在氧氣中完全燃燒生成CO₂和液態水，放出熱量1558.3kJ．寫出該反應的熱化學方程式

 

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（2）利用該反應設計一個燃料電池：用KOH溶液作電解質溶液，多孔石墨作電極，在電極上分別通入乙烷和氧氣．通入乙烷氣體的電極應為

 

極（填“正”或“負”），該電極上發生的電極反應式為

 

．
（3）在圖1所示實驗裝置中，石墨棒上的電極反應式為

 

．如果起始時盛有1L pH=5的CuSO₄溶液（25℃，CuSO₄足量），一段時間后溶液的pH變為1，此時可觀察到的現象是

 

．若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入

 

（填物質名稱），其質量約為

 

．
（4）將普通碳鋼釘放入“84消毒液”（NaClO溶液）中浸泡一段時間．預期的實驗現象是

 

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（5）為了進一步探究碳鋼釘在該消毒液（NaClO）中的腐蝕原理，某同學設計了如圖2所示實驗裝置，寫出碳（C）極上發生的電極反應式

 

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Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,熱化學方程式

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）1mol C₂H₆在氧氣中完全燃燒生成CO₂和液態水，放出熱量1558.3kJ，則2mol乙烷完全燃燒放出3116.6 kJ熱量，據此書寫熱化學反應方程式；
（2）燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應；
（3）根據電子流動方向知，石墨是陽極、鐵電極是陰極，陽極上氫氧根離子放電、陰極上銅離子放電；
根據“析出什么加入什么”原則加入物質；        
（4）該裝置構成原電池，鐵作負極、C作正極，負極上生成亞鐵離子、正極上生成氫氧根離子；     
（5）正極上次氯酸根離子得電子發生還原反應．

解答： 解：（1）1mol C₂H₆在氧氣中完全燃燒生成CO₂和液態水，放出熱量1558.3kJ，則2mol乙烷完全燃燒放出3116.6 kJ熱量，所以其熱化學反應方程式為2C₂H₆（g）+7O₂（g）=4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116.6 kJ?mol^-1，
故答案為：2C₂H₆（g）+7O₂（g）=4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116.6 kJ?mol^-1；
（2）燃料電池中，負極上燃料乙烷失電子發生氧化反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為C₂H₆+18OH^--14e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案為：負； C₂H₆+18OH^--14e^-=2CO₃^2-+12H₂O； 
（3）根據電子流動方向知，石墨是陽極、鐵電極是陰極，陽極上氫氧根離子放電，石墨電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極上銅離子放電生成銅，所以看到的現象是墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺；
陽極上析出氧氣、陰極上析出銅，所以相當于析出CuO，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2H₂SO₄+2Cu+O₂↑，pH=1時溶液中氫離子濃度為0.1mol/L，則溶液中n（H₂SO₄）=0.05mol/L×1L=0.05mol，陰極析出n（Cu）=

0.05mol

2

×2=0.05mol，根據“析出什么加入什么”原則，根據Cu原子守恒知析出m（CuO）=n（Cu）．M（CuO）=0.05mol×80g/mol=4g，也可以加入碳酸銅，其質量=0.05mol×124g/mol=6.2g，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；石墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺；氧化銅（或碳酸銅）；4g（或6.2g）；            
（4）該裝置構成原電池，負極上鐵失電子生成亞鐵離子，正極上有氫氧根離子生成，亞鐵離子和氫氧根離子生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，所以鋼釘表面有紅褐色物質生成，故答案為：鋼釘表面有紅褐色物質生成；         
（5）正極上次氯酸根離子得電子和水生成氯離子好氫氧根離子，電極反應式為ClO^-+H₂O+2e^-=Cl^-+2OH^-，故答案為：ClO^-+H₂O+2e^-=Cl^-+2OH^-．

點評：本題考查了原電池原理，明確電子流向、各個電極上發生的反應是解本題關鍵，再結合轉移電子守恒、原子守恒進行計算，注意（3）題要使溶液恢復原狀也可以加入碳酸銅，為易錯點．