Question

9．（1）氢能源是21世纪极具有发展前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用．请在下图的每个空格中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氢能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）：①H₂O，②H₂和O₂．从能量转换的角度看，过程Ⅱ应是化学能转化为电能．
（2）图中的燃料电池也可以用A和氧气为原料．已知A分子是由碳和氢两元素的原子构成，并且8.00g A中含有3.01×10²³个分子．实验测得在298K时，1mol该气体完全燃烧生成液态水和二氧化碳，放出890kJ的热量．
①写出该气体的化学式：CH₄．
②写出1mol该气体燃烧时的热化学反应方程式：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol．
③已知1mol液态的水变成气态水时需要吸收44kJ的热量，则1mol该气体完全燃烧生成气态水和二氧化碳时放出的热量为802kJ．
④若该燃料电池中的电解质溶液为氢氧化钾溶液，则：电池正极方程式为O₂+H₂O+4e^-═4OH^-．

Answer 1

分析 （1）分析转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气；过程Ⅱ是发生的原电池反应；
（2）①8.00g A中含有3.01×10²³个分子，可计算M（A）=$\frac{8g}{0.5mol}$=16g/mol；
 ②1mol该气体完全燃烧生成液态水和二氧化碳，放出890kJ的热量，则热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890 kJ/mol；
③已知1mol液态的水变成气态水时需要吸收44kJ的热量，1mol该气体完全燃烧生成气态水和二氧化碳时放出的热量为，即生成2mol气态水，则放出的热量为890kJ-2×44kJ=802kJ；
 ④氢氧燃料电池工作时，氢气失电子是还原剂，发生氧化反应；氧气得电子是氧化剂，发生还原反应．

解答 解：（1）转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气，两个框中的①、②为循环过程中反应物和生成物的分子式为：①为H₂O；②为H₂、O₂；过程Ⅱ是发生的原电池反应，能量变化是化学能转化为电能的过程，
故答案为：H₂O；H₂和O₂；化学；电；
（2）①8.00g A中含有3.01×10²³个分子，即0.5mol，则M（A）=$\frac{8g}{0.5mol}$=16g/mol，应为CH₄，故答案为：CH₄；
 ②1mol该气体完全燃烧生成液态水和二氧化碳，放出890kJ的热量，则热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890 kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890 kJ/mol；
③已知1mol液态的水变成气态水时需要吸收44kJ的热量，1mol该气体完全燃烧生成气态水和二氧化碳时放出的热量为，即生成2mol气态水，则放出的热量为890kJ-2×44kJ=802kJ，
故答案为：802；
 ④氢氧燃料电池工作时，氢气失电子是还原剂，发生氧化反应；氧气得电子是氧化剂，发生还原反应．电解质溶液是KOH溶液（碱性电解质），正极是O₂得到电子，正极的电极反应式为：O₂+H₂O+4e^-═4OH^-，负极发生的反应为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：O₂+H₂O+4e^-═4OH^-．

点评 本题考查较为综合，涉及化学反应与能量的变化、热化学方程式，原电池等知识，为高频考点，侧重于学生分析、计算能力的考查，注意把握化学反应过程中能量变化形式，原电池原理的分析应用，注意知识积累，题目较简单．