题目内容

13.为了减少CO对大气的污染,某研究性学习小组拟研究CO和H2O反应转化为绿色能源H2.已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g);△H=-566kJ•moL-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);△H=-483.6KJ•moL-1
H2O (g)=H2O(l);△H=-44.0KJ•moL-1
(1)写出CO和H2O(g)作用生成CO2和H2的热化学方程式CO(g)+H2O(g)=CO2 (g)+H2(g)△H=--41.8KJ/mol.
(2)H2是一种理想的绿色能源,可作燃料电池;若该氢氧燃料电池以KOH为电解质溶液,其负极的电极反应式是:2H2+4OH--4e-=4H2O;该电池工作时,电解质溶液的pH变化变大(填“变大”、“变小”或“不变”).某氢氧燃料电池释放228.64kJ电能时,生成1mol液态水,该电池的能量转化率为80%.
(3)在25℃时,以氢氧燃料电池为电源,用石墨电极电解400mL一定浓度的CuSO4溶液.5min后停止通电,在一个石墨电极上有1.28g Cu生成,另一极生成无色气体.试回答下列问题:
①电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ 2Cu+O2↑+2H2SO4.
②电解后溶液的PH=1(不考虑溶液体积变化).
③若要使电解质溶液复原,应加入的物质为CuO 或CuCO3.

分析 (1)利用盖斯定律,根据已知热化学方程式乘以合适的系数进行相应加减构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的系数进行相应的加减;利用2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566KJ/mol、2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6KJ/mol结合盖斯定律来写出CO和 H2O(g)作用生成CO2和H2的热化学方程式;
(2)原电池负极发生氧化反应,氢气在负极放电,正极上是氧气得电子的还原反应,根据电极反应计算;
(3)据电解池的电解原理来书写电解反应方程式;根据阴极反应计算当有1.28g Cu生成时,反应所转移的电子数,计算溶液的pH,电解质溶液浓度恢复遵循:“出什么加什么”的原则.

解答 解:(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ•moL-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6KJ•moL-1
根据盖斯定律,①-②得2CO(g)+2H2O(g)=2H2(g)+2CO2(g)△H=-566kJ•moL-1-(-483.6KJ•moL-1)=-82.4KJ•moL-1.
即CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=-41.2KJ•moL-1.
故答案为:CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=-41.2KJ•moL-1;
(2)在氢氧燃料电池的正极上发生得电子的反应,即O2+2H2O+4e-═4OH-,负极电极反应为:2H2+4OH--4e-=4H2O,实质是电解水,溶液浓度增大,溶液PH增大,H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8KJ•moL-1,氢氧燃料电池释放228.64kJ电能时,生成1mol液态水,该电池的能量转化率为 $\frac{228.64}{285.8}$×100%=80%,
故答案为:2H2+4OH--4e-=4H2O;变大;80%;
(3)①电解硫酸铜时,阳极上是氢氧根放电,阴极上是铜离子放电,电解原理方程式为:2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4;
故答案为:2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4;
②根据电极反应:2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4,电解硫酸铜时,阴极上是铜离子先放电,两极生成体积相同的气体,即阴极上:Cu2++2e-→Cu,2H++2e-→H2↑,当该电极上有1.28g Cu生成时,转移电子为$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol,当转移0.04mol电子时,生成硫酸的物质的量是0.04mol,氢离子浓度是$\frac{0.04mol}{0.04L}$=0.1mol/L,所以pH=1,
故答案为:1;
③电解的实质是生成金属铜额、氢气和氧气,所以需要加入氢氧化铜,根据Cu元素守恒,析出0.02mol金属铜,所以要加入0.02molCuO 或CuCO3,
故答案为:CuO 或CuCO3.

点评 本题综合考查学生热化学:盖斯定律的应用、电化学:燃料电池和电解池的工作原等知识,属于综合知识的考查题,难度中等.

练习册系列答案
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①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H=akJ/mol
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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:2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=(a+4b) kJ/mol.
(2)可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池.如图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O2+2H2O+4e-=4OH-.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B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1.12L.

(3)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4OH--4e-=2H2O+O2↑,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从出口D导出的溶液是KOH(填化学式).

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