题目内容

3.科学家认为,氢气是一种高效而无污染的理想能源,近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展.
(1)为了有效发展民用氢能源,首先必须制得廉价的氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是C.(选填字母)
A.电解水B.锌和稀硫酸反应C.光解海水D.分解天然气
(2)用水分解获得氢气的能量变化如图1所示,表示使用催化剂是曲线b.该反应为吸热(放热还是吸热)反应

(3)1g的氢气完全燃烧生成液态水释放出142.9kJ的热量写出其完全燃烧的热化学方程式:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1 (其它合理答案均可).
(4)利用氢气和CO合成二甲醚的三步反应如下:
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
总反应:3H 2(g)+3CO(g)═CH 3OCH 3(g)+CO 2 (g)的△H=-246.4kJ/mol
(5)氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景.现用氢氧燃料电池进行图2所示实验:
①氢氧燃料电池中,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-.
②图2装置中,某一铜电极的质量减轻6.4g,则 a 极上消耗的O 2在标准状况下的体积为1.12L.
(6)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N 2、H 2为电极反应物,以HCl-NH 4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池.则正极电极方程式N2+8H++6e-═2NH4+.

分析 (1)开发较经济且资源可持续利用的制氢气方法,消耗能源越少越好;
(2)催化剂能降低反应活化能,当反应物总能量大于生成物总能量时,该反应是放热反应,当反应物总能量小于生成物总能量时,该反应是吸热反应;
(3)1g氢气的物质的量为0.5mol,1g氢气完全燃烧生成液态水释放出142.9kJ的热量,则2mol氢气完全燃烧生成液态水放出热量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ,据此书写其热化学反应方程式;
(4)据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减,来构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的数值进行加减,由盖斯定律可知,①×2+②+③得到;
(5)①氢氧燃料电池中,氧气在正极得电子生成氢氧根离子;
②铜电极质量减轻6.4g,则转移电子的物质的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol,根据转移电子守恒计算消耗氧气体积;
(6)原电池的正极上发生得电子的还原反应,据此书写电极反应.

解答 解:(1)开发较经济且资源可持续利用的制氢气方法,消耗能源越少越好,
A.电解水浪费能源,所以该方法不好,故不选;            
B.锌、稀硫酸价格较高,不经济,所以该方法不好,故不选;
C.光解海水能源消耗低,经济,该方法好,故选;          
D.分解天然气浪费能源,所以该方法不好,故不选;
故选C;
(2)催化剂能降低反应活化能,所以b曲线使用催化剂,根据反应物和生成物总能量相对大小知,该反应是吸热反应,
故答案为:b;吸热;
(3)1g氢气的物质的量为0.5mol,1g氢气完全燃烧生成液态水释放出142.9kJ的热量,则2mol氢气完全燃烧生成液态水放出热量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ,该热化学反应方程式为:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6 kJ•mol-1 (其它合理答案均可),
故答案为: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,
由盖斯定律可知,①×2+②+③得3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol,
故答案为:-246.4kJ/mol;
(5)①氢氧燃料电池中,氧气在正极得电子生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,
故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;
②铜电极质量减轻6.4g,则转移电子的物质的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol,通入氧气的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,根据转移电子相等得,
设通入氧气体积为V,
O2+4e-+2H2O=4OH-
22.4L 4mol
V    0.2mol
$\frac{22.4L}{V}=\frac{4mol}{0.2mol}$,
解得V=1.12L,
故答案为:1.12L;
(6)正极上氮气得电子和氢离子反应生成铵根离子,即电极反应为N2+8H++6e-═2NH4+,
故答案为:N2+8H++6e-═2NH4+.

点评 本题考查较综合,涉及原电池和电解池原理、燃烧热化学反应方程式的书写、催化剂的作用等知识点,根据转移电子相等进行电解池、原电池反应的计算,知道催化剂能改变活化能,但不改变反应热,题目难度不大.

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