Question

3．科學家認為，氫氣是一種高效而無污染的理想能源，近20年來，對以氫氣作為未來的動力燃料氫能源的研究獲得了迅速發展．
（1）為了有效發展民用氫能源，首先必須制得廉價的氫氣，下列可供開發又較經濟且資源可持續利用的制氫氣的方法是C．（選填字母）
A．電解水B．鋅和稀硫酸反應C．光解海水D．分解天然氣
（2）用水分解獲得氫氣的能量變化如圖1所示，表示使用催化劑是曲線b．該反應為吸熱（放熱還是吸熱）反應

（3）1g的氫氣完全燃燒生成液態水釋放出142.9kJ的熱量寫出其完全燃燒的熱化學方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1 （其它合理答案均可）．
（4）利用氫氣和CO合成二甲醚的三步反應如下：
①2H ₂（g）+CO（g）═CH ₃OH（g）；△H=-90.8kJ•mol ^- 1
②2CH ₃OH（g）═CH ₃OCH ₃（g）+H ₂O（g）；△H=-23.5kJ•mol ^- 1
③CO（g）+H ₂O（g）═CO ₂（g）+H ₂（g）；△H=-41.3kJ•mol ^- 1
總反應：3H ₂（g）+3CO（g）═CH ₃OCH ₃（g）+CO ₂ （g）的△H=-246.4kJ/mol
（5）氫氧燃料電池能量轉化率高，具有廣闊的發展前景．現用氫氧燃料電池進行圖2所示實驗：
①氫氧燃料電池中，正極的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②圖2裝置中，某一銅電極的質量減輕6.4g，則 a 極上消耗的O ₂在標準狀況下的體積為1.12L．
（6）有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，以N ₂、H ₂為電極反應物，以HCl-NH ₄Cl為電解質溶液制取新型燃料電池．則正極電極方程式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）開發較經濟且資源可持續利用的制氫氣方法，消耗能源越少越好；
（2）催化劑能降低反應活化能，當反應物總能量大于生成物總能量時，該反應是放熱反應，當反應物總能量小于生成物總能量時，該反應是吸熱反應；
（3）1g氫氣的物質的量為0.5mol，1g氫氣完全燃燒生成液態水釋放出142.9kJ的熱量，則2mol氫氣完全燃燒生成液態水放出熱量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ，據此書寫其熱化學反應方程式；
（4）據蓋斯定律由已知的熱化學方程式乘以相應的數值進行加減，來構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的數值進行加減，由蓋斯定律可知，①×2+②+③得到；
（5）①氫氧燃料電池中，氧氣在正極得電子生成氫氧根離子；
②銅電極質量減輕6.4g，則轉移電子的物質的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol，根據轉移電子守恒計算消耗氧氣體積；
（6）原電池的正極上發生得電子的還原反應，據此書寫電極反應．

解答 解：（1）開發較經濟且資源可持續利用的制氫氣方法，消耗能源越少越好，
A．電解水浪費能源，所以該方法不好，故不選；            
B．鋅、稀硫酸價格較高，不經濟，所以該方法不好，故不選；
C．光解海水能源消耗低，經濟，該方法好，故選；          
D．分解天然氣浪費能源，所以該方法不好，故不選；
故選C；
（2）催化劑能降低反應活化能，所以b曲線使用催化劑，根據反應物和生成物總能量相對大小知，該反應是吸熱反應，
故答案為：b；吸熱；
（3）1g氫氣的物質的量為0.5mol，1g氫氣完全燃燒生成液態水釋放出142.9kJ的熱量，則2mol氫氣完全燃燒生成液態水放出熱量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ，該熱化學反應方程式為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1 （其它合理答案均可），
故答案為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1 （其它合理答案均可）；
（4）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ/mol，
由蓋斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol，
故答案為：-246.4kJ/mol；
（5）①氫氧燃料電池中，氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②銅電極質量減輕6.4g，則轉移電子的物質的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol，通入氧氣的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，根據轉移電子相等得，
設通入氧氣體積為V，
O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
22.4L 4mol
V    0.2mol
$\frac{22.4L}{V}=\frac{4mol}{0.2mol}$，
解得V=1.12L，
故答案為：1.12L；
（6）正極上氮氣得電子和氫離子反應生成銨根離子，即電極反應為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

點評 本題考查較綜合，涉及原電池和電解池原理、燃燒熱化學反應方程式的書寫、催化劑的作用等知識點，根據轉移電子相等進行電解池、原電池反應的計算，知道催化劑能改變活化能，但不改變反應熱，題目難度不大．