Question

18．（1）①氢氧燃料电池是将H₂通入负极，O₂通入正极而发生电池反应的．若电解质溶液为H₂SO₄，其正极电极反应式：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
②化学反应可为人类提供能量，家用液化气的主要成分之一是丁烷（C₄H₁₀），常温常压下，当5.8kg丁烷完全燃烧并生成二氧化碳和液态水时，放出热量为2.9×10⁵kJ，试写出丁烷燃烧的热化学方程式：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1，已知1mol液态水气化时需要吸收44kJ的热量，则反应：
C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）═4CO₂（g）+5H₂O（g） 的△H=-2680kJ•mol^-1．
③由甲烷、氧气和KOH溶液组成的新型燃料电池中，负极上发生反应的电极反应式为CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
（2）36g碳不完全燃烧所得气体中，CO占三分之一体积，CO₂占三分之二体积．已知：
2C（S）+O₂（g）═2CO（g）△H=-110.5kJ/mol，
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-576kJ/mol，与这些碳完全燃烧相比，损失的热量是288KJ
（3）氨是重要的化工产品之一，研究合成氨反应具有重要意义．
已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：
N≡N946.0kJ•mol^-1
H-H436.0kJ•mol^-1
N-H390.8kJ•mol^-1，写出以N₂和H₂为原料合成NH₃的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①酸性条件下，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水；
②5.8kg丁烷的物质的量=$\frac{5800g}{58g/mol}$=100mol，100mol丁烷完全燃烧放出热量为2.9×10⁵kJ，则1mol丁烷完全燃烧放出2900kJ热量；
根据盖斯定律计算放出热量；
③碱性条件下，甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
（2）盖斯定律指若是一个反应可以分步进行，则各步反应的吸收或放出的热量总和与这个反应一次发生时吸收或放出的热量相同，36g碳不完全燃烧与这些碳完全燃烧相比损失的热量为生成的一氧化碳燃烧放出的热量；根据碳原子守恒计算出一氧化碳的物质的量，再根据一氧化碳燃烧的热化学方程式计算，即可解答；
（3）根据反应热△H=反应物总键能-生成物总键能计算．

解答 解：（1）①酸性条件下，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
②5.8kg丁烷的物质的量=$\frac{5800g}{58g/mol}$=100mol，100mol丁烷完全燃烧放出热量为2.9×10⁵kJ，则1mol丁烷完全燃烧放出2900kJ热量，所以其热化学反应方程式为C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1，
C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
所以C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（g）△H=-2680kJ•mol^-1，
故答案为：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1；-2680kJ•mol^-1；
③碱性条件下，甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）36g碳的物质的量为：n=$\frac{36g}{12g/mol}$=3mol，
不完全燃烧所得气体中，CO占三分之一体积，根据碳原子守恒，求得CO的物质的量为3mol×$\frac{1}{3}$=1mol，
根据2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-576kJ/mol，
1molCO燃烧放出的热量为：576kJ×$\frac{1}{2}$=288kJ，
所以36g碳不完全燃烧生成1molCO损失的热量为288kJ，
故答案为：288；
（3）N₂和H₂为原料合成NH₃的反应为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=反应物总键能-生成物总键能=946.0kJ•mol^-1+3×436.0kJ•mol^-1-6×390.8kJ•mol^-1=-90.8 kJ•mol^-1；故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8 kJ•mol^-1．

点评 本题考查原电池原理、热化学反应，明确各个电极上发生的反应和盖斯定律的应用是解本题关键，会正确书写电极反应式，此知识点为高考高频点，熟练掌握．