Question

3．能量是一个世界性的话题，如何充分利用能量、开发新能源，为人类服务是广大科技工作者不懈努力的目标．
（1）如图1所示，组成一个原电池．

①当电解质溶液为稀硫酸时：Cu电极是正（填“正”或“负”）极，其电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；
②当电解质溶液为浓硝酸时：Cu电极是负极，其电极反应为Cu-2e^-=Cu²⁺．
（2）请写出电解硫酸铜溶液的总化学方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
（3）燃烧氢气时耗氧量小，放出热量多．已知4g H₂燃烧生成液态水时放热为571.6kJ，试写出表示H₂燃烧热的热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.6kJ•mol^-1．
（4）图2是一碳酸盐燃料电池（MCFC），以水煤气（CO、H₂）为燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质．写出B极发生的电极反应式：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．
（5）请根据下面所给出的5个热化学方程式，判断反应④的反应热△H₄是+16.3kJ•mol^-1．
①NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）△H₁=-176kJ•mol^-1
②NH₃（g）+H₂O（l）═NH₃•H₂O（aq）△H₂=-35.1kJ•mol^-1
③HCl（g）+H₂O（l）═HCl（aq）△H₃=-72.3kJ•mol^-1
④NH₄Cl（s）+H₂O（l）═NH₄Cl（aq）△H₄=？
⑤NH₃•H₂O（aq）+HCl（aq）═NH₄Cl（aq）+H₂O（l）△H₅=-52.3kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）在原电池中，易失电子的电极为负极，另一个电极为正极
①当电解质溶液为稀硫酸时，铁易失电子作负极、Cu作正极，正极上氢离子放电；
②当电解质溶液为浓硝酸时，铜易失电子作负极，负极上铜失电子生成铜离子；
（2）用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电；
（3）4g H₂的物质的量是2mol，4g H₂燃烧生成液态水时放热为571.6kJ，则1mol燃烧生成液态水时放热为285.8kJ；
（4）由图可知，B为正极，氧气得到电子；
（5）根据盖斯定律②-①+③+⑤得到NH₄Cl（s）+H₂O（l）═NH₄Cl（aq）△H₄．

解答 解：（1）①当电解质溶液为稀硫酸时，铁易失电子作负极、Cu作正极，正极上氢离子放电，Cu电极上电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：正；2H⁺+2e^-=H₂↑；
②当电解质溶液为浓硝酸时，铁和浓硝酸发生钝化现象，所以铜易失电子作负极，负极上铜失电子生成铜离子，电极反应式为Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案为：负；Cu-2e^-=Cu²⁺；
（2）用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电池反应式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（3）4g H₂的物质的量是2mol，4g H₂燃烧生成液态水时放热为571.6kJ，则1mol燃烧生成液态水时放热为285.8kJ，则氢气的燃烧热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.6 kJ•mol^-1，故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.6 kJ•mol^-1；
（4）由图可知，B为正极，氧气得到电子，正极反应为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（5）①NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）△H₁=-176kJ•mol^-1
②NH₃（g）+H₂O（l）═NH₃•H₂O（aq）△H₂=-35.1kJ•mol^-1
③HCl（g）+H₂O（l）═HCl（aq）△H₃=-72.3kJ•mol^-1
④NH₄Cl（s）+H₂O（l）═NH₄Cl（aq）△H₄=？
⑤NH₃•H₂O（aq）+HCl（aq）═NH₄Cl（aq）+H₂O（l）△H₅=-52.3kJ•mol^-1．
由盖斯定律 ②-①+③+⑤得到NH₄Cl（s）+H₂O（l）═NH₄Cl（aq）△H₄=△H₂-△H₁+△H₃+△H₅=+16.3kJ•mol^-1，故答案为：+16.3kJ•mol^-1．

点评 本题考查电解原理及应用，为高频考点，把握原电池、电解池的工作原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意（5）中利用盖斯定律计算，题目难度不大．