Question

11．（1）已知H-H 键能为436kJ•mol^-1，H-N键键能为391kJ•mol^-1，根据化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．则N≡N键的键能是945.6 kJ/mol
（2）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是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溶液为电解质溶液，依据（2）所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（4）电解原理在化学工业中有着广泛的应用．现将你设计的原电池通过导线与图中电解池相连，其中为 a电解液，X和Y均为惰性电极，则
①若a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
②若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的pH=1（假设电解后溶液体积不变）．
③若用此电解装置模拟工业精炼铜，则应将a改为CuSO₄或CuCl₂溶液，并将Y极换成粗铜（填“X”或“Y”）

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，以此解答；
（2）能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应；
（3）原电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（4）①若电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，据此写出电池反应式，根据铜和转移电子正极的关系式计算；
②根据转移电子守恒计算阴极上析出的物质，再根据氧气计算生成的C（H⁺），从而得出其pH；
③工业精炼铜时，阳极是粗铜，电解液为含铜离子的溶液．

解答 解：（1）已知：H-H键能为436kJ/mol，H-N键能为391kJ/mol，令N≡N的键能为x，
对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故x+3×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92.4kJ/mol，
解得：x=945.6 kJ/mol，故答案为：945.6 kJ/mol；
（2）能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应，
A．该反应是吸热反应，所以不能设计成原电池，故不选；
B．该反应是放热反应且能自发的进行氧化还原反应，所以能设计成原电池，故选；
C．该反应不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池，故不选；
故选：B；
（3）以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（4）①电解硫酸铜溶液时，阳极上生成氧气，阴极上生成铜，同时溶液中生成硫酸，所以电池反应式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，阳极上先生成氯气后生成氧气，阴极上先生成铜，后生成氢气，阳极上氯气完全析出时，氯气的体积=$\frac{0.04mol}{2}$=448mL＜672mL，所以阳极上还有224mL氧气，阳极上转移电子的物质的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.08mol，阴极上铜完全析出时，需要电子的物质的量=0.04mol×2=0.08mol，所以阴极上不析出氢气，生成224mL氧气时，阳极附近同时生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224}{22.4}mol×4}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，故答案为：1；
③工业精炼铜时，阳极是粗铜，电解液为含铜离子的溶液CuSO₄或CuCl₂，故答案为：CuSO₄或CuCl₂；Y．

点评 本题考查构成原电池的条件、电解池的有关计算等知识点，难点是（4）中溶液pH的计算，只有明确阴阳极上析出的物质才能正确解答，为易错点．