Question

14．能源与材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱，化学与能源有着密切联系．
（1）下表中的数据表示破坏1mol化学键需消耗的能量（即键能，单位为kJ•mol^-1）：

化学键	H-H	Cl-Cl	H-Cl
键能	436	243	431

请根据以上信息写出氢气在氯气中燃烧生成氯化氢气体的热化学方程式H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1．
（2）天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷．
①以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池．该电池的负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl₂溶液中，铁棒接甲烷燃料电池负极，石墨棒接该电池正极，一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克．写出铁棒电极上发生的电极反应式Cu²⁺+2e^-═Cu；  则理论上消耗CH₄的体积在标准状况下为0.56L．
（3）如图所示的实验装置中，丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸，m、n为夹在滤纸两端的铂夹；丁为直流电源，x、y为电源的两极；G为电流计；A、B、C、D四个电极均为石墨电极．若在两试管中充满H₂SO₄溶液后倒立于H₂SO₄溶液的水槽中，闭合K₂，断开K₁．
①丙电解时反应的离子方程式为2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-．
②继续电解一段时间后，甲池中A、B极均部分被气体包围，此时断开K₂，闭合K₁，电流计G指针发生偏转，则B极的电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，C极的电极反应为4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；
（2）①甲烷、空气、氢氧化钾溶液形成原电池，负极甲烷失电子发生氧化反应；
②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl₂溶液中，形成电解池，铁棒接甲烷燃料电池负极作阴极，石墨棒接该电池正极作阳极，阴极铁棒上铜离子得电子发生还原反应；根据电路中得失电子守恒计算消耗CH₄的量．
（3）①闭合K₂，断开K₁时，该甲、乙、丙为电解装置，电解KI溶液时，据离子的放电顺序书写电解方程式；
②甲池中A、B极均部分被气体包围时，断开K₂，闭合K₁，甲为原电池乙为电解池，据此分析．

解答 解：（1）反应H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g），焓变△H=反应物键能总和-生成物键能总和=436kJ/mol+243kJ/mol-2×431kJ/mol=-183kJ/mol，则热化学方程式为：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1，
故答案为：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1；
（2）①甲烷、空气、氢氧化钾溶液形成原电池，负极甲烷失电子发生氧化反应，反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl₂溶液中，形成电解池，铁棒接甲烷燃料电池负极作阴极，石墨棒接该电池正极作阳极，阴极铁棒上铜离子得电子发生还原反应，反应式为：Cu²⁺+2e^-═Cu；一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克，则析出铜为6.4g，所以根据电路中得失电子守恒，消耗CH₄的体积在标准状况下为$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2÷8×22.4L/mol=0.56L，
故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；0.56L；
（3）①闭合K₂，断开K₁时，该甲、乙、丙为电解装置，据电解硫酸溶液时生成氢气和氧气的体积可以判断，A为阴极，氢离子在阴极放电生成氢气，B为阳极，氢氧根离子在阳极放电生成氧气，丙电解KI溶液时，碘离子和氢离子分别在两极放电，电解的离子方程式为2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-，
故答案为：2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-；
②甲池中A、B极均部分被气体包围时，断开K₂，闭合K₁，甲为原电池乙为电解池，B电极是正极，氧气在正极反应，在酸性环境中反应的电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，C电极为阳极，氢氧根离子在阳极放电生成氧气，电极反应式为4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O； 4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式的书写、原电池原理、电解原理以及电极反应式书写，注意电解质溶液中离子的放电顺序，题目难度较大．