Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题，利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化。请回答以下问题：
（1）由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析，化学反应的过程就是旧键断裂和新键的形成过程。已知反应N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－93 kJ·mol^－1。试根据表中所列键能数据，计算a 的数值为_______kJ／mol。

化学键	H－H	N－H	N≡N
键能/kJ·mol－1	436	a	945

（2）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。已知在常压下有如下变化： 
① 2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(g)   ΔH ＝a kJ／mol
② H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH ＝b kJ／mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：                     。
（3）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如下图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气。
①写出燃料电池正极的电极反应式                            。②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是        极（填”A”或”B”）；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为     L。

（4）如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。
①该电解槽的阳极反应式为                  ，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为      。
②从出口D导出的溶液是   （填化学式）。

Answer 1

（14分）（1）391 （2分） 
（2）2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(l)； ΔH ＝（a +4b）kJ／mol（3分）（ΔH算错扣1分）
（3）①O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－ （2分） ；②B；（1分）  1.12 （2分）
（4）① 4OH^－－4e^－＝2H₂O+O₂↑（或2H₂O—4e^－= O₂↑+4H⁺ ）（2分）；1：2（1分）；② KOH（1分）；

试题分析：（1）反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，所以该反应的反应热△H＝945kJ/mol＋3×436 kJ/mol－6a＝－93 kJ/mol，解得a＝391 kJ/mol。
（2）根据盖斯定律可知，①＋②×4，即得到2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(l)，则该反应的ΔH＝（a +4b）kJ／mol。
（3）①原电池中正极得到电子，所以氧气在正极通入。由于电解质是氢氧化钾溶液，所以正极电极反应式是O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－。
②在铁件表面镀铜，则铁件应是应该做阴极，因此和电源负极相连，即铁件应是B。铁件的质量增重6.4g，说明析出的铜应该是6.4g，物质的量是0.1mol，转移电子的物质的量是0.2mol，所以根据电子的得失守恒可知，消耗氧气的物质的量是0.2mol÷4＝0.05mol，标准状况下的体积是1.12L。
（4）①惰性电极电解硫酸钾溶液，则阳极是OH^－放电，所以该电解槽的阳极反应式为4OH^－－4e^－＝2H₂O+O₂↑。由于阴极是氢离子放电，所以根据电子的得失守恒可知，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为1:2。
②由于D周围是氢离子放电，所以产生大量的OH^－，因此从出口D导出的溶液是KOH。
点评：该题是中等难度的试题，试题贴近高考，综合性强，注重基础知识考查的同时，侧重能力的训练和解题方法的指导，有利于培养学生分析、归纳、总结问题的能力，也有助于提高学生的应试能力和学习效率。该题的关键是熟练掌握电化学原理，然后灵活运用即可。