Question

【题目】（1）汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如下：

写出该反应的热化学方程式：____。

（2）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－(O2＋4e－=2O2－)。

①c电极的名称为___，d电极上的电极反应式为____。

②如图2所示电解100mL0.5mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为___。若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入___(填字母)。

a．CuO b．Cu(OH)2 c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3

（3）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为____。

（4）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]，原理如图。

①电源的负极为____(填“A”或“B”)。

②阳极室中发生的反应依次为___。

③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将___(填“增大”“减小”或“不变”)；若两极共收集到气体13.44L(标准状况)，则除去的尿素为___g(忽略气体的溶解)。

（5）化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。

①若用铜盐进行化学镀铜，应选用____(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。

②某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如图所示。该镀铜过程中，镀液pH控制在12.5左右。据图中信息，给出使反应停止的方法：___。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1 正极 CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ ac O2＋4H＋＋4e－=2H2O B 2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl 不变 7.2 还原剂 调节溶液pH在8～9之间

【解析】

（1）反应物断裂化学键所需要吸收的总能量减去生成物形成化学键释放的总能量即为焓变；

（2）①图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2-离子，由此可以得出电极方程式；

②图2所示电解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，发生的电解池反应为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，与电源正极相连的为阳极，溶液中氢氧根离子失去电子发生氧化反应；电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子；

（3）该反应中Cu元素化合价由0价变为+2价、O元素化合价由0价变为-2价，要将该反应设计成原电池，Cu作负极，正极上氧气得电子发生还原反应，因为在酸性条件下，所以氧气得电子和氢离子反应生成水；

（4）①由图可知，左室电极产物为Cl2，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应，故B为电源的负极；

②由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③阴极反应为6H2O+6e-=6OH-+3H2，阳极依次发生的反应为2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；电解收集到的13.44L气体，物质的量为 =0.6mol，根据得失电子守恒知产生的H2、N2、CO2物质的量之比为3:1:1，则n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12mol，可以求出其质量；

（5）①要把铜从铜盐中置换铜出来，Cu被还原，则需要加入还原剂；

②根据图示信息，pH=8~9之间，反应速率为0，所以要使反应停止，调节溶液的pH至8~9 之间。

（1）反应物断裂化学键所需要吸收的总能量减去生成物形成化学键释放的总能量即为焓变：ΔH＝[(945＋498)－2×630] kJ·mol－1＝+183 kJ·mol－1，热化学方程式为：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1；

（2）①图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2-离子，负极（d极）电极反应为：CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；故答案为：正极； CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；/p>

②图2所示电解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，发生的电解池反应为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，与电源正极相连的为阳极，a极为阳极，溶液中氢氧根离子失去电子发生氧化反应，电极反应为：4OH--4e-═2H2O+O2↑；电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子，相当于损失一个CuO，为了使CuSO4溶液，恢复原浓度，应加入CuO，也可以加入CuCO3，符合恢复溶液浓度的定量关系，但不能加入Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3，因为CuCO3+H2SO4═CuSO4+CO2↑+H2O，相当于加CuO，而Cu（OH）2+H2SO4═CuSO4+2H2O、Cu2（OH）2CO3+2H2SO4═2CuSO4 +CO2↑+3H2O，除增加溶质外还增加了水，故选ac；

（3）该反应中Cu元素化合价由0价变为+2价、O元素化合价由0价变为-2价，要将该反应设计成原电池，Cu作负极，正极上氧气得电子发生还原反应，因为在酸性条件下，所以氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为4H++O2+4e- =2H2O；

（4）①由图可知，左室电极产物为Cl2，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应，故B为电源的负极，故答案为：B；

②由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③阴极反应为6H2O+6e-=6OH-+3H2，阳极依次发生的反应为2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；电解收集到的13.44L气体，物质的量为 =0.6mol，根据得失电子守恒知产生的H2、N2、CO2物质的量之比为3:1:1，则n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12mol，其质量m[CO(NH2)2]=0.12mol×60gmol1=7.2g；

（5）①要把铜从铜盐中置换铜出来，Cu被还原，则需要加入还原剂与之反应，故答案为：还原剂；

②根据图示信息，pH=8~9之间，反应速率为0，所以要使反应停止，调节溶液的pH至8~9 之间，故答案为：调节溶液pH在8～9之间。