Question

1．I．已知拆开1mol H-H键，1mol N三N键分别需要吸收的能量为436kJ，946kJ；形成1mol N-H键，会放出能量391kJ，在反应N₂+3H₂═2NH₃中，每生成2mol NH₃放出_热量（填：吸收或放出）92kJ．
II．我国经济发展对能源的需求与日俱增．一种新型燃料电池是将两根特制电极插入氢氧化钾溶液中，然后从两极分别通入甲烷和氧气，其电极反应式为：
X极：CH₄+10OH^--8e-═CO₃^2-+7H₂O   Y极：4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-
（1）、指出该电池的正极Y（X或Y）极 
（2）、在标准状况下，通入5，.6L甲烷气体，完全反应后有2mol电子转移；
（3）、该电池的电解质溶液的PH变化是降低（填升高、降低、不变）
III．利用Cu+2FeCl₃=CuCl₂+2FeCl₂反应，设计一个原电池．
（1）画出装置图（在图中标出电极材料、正负极、电解质溶液）．
（2）写出电极反应方程式负极：Cu-2e^-=Cu²⁺   正极：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

Answer 1

分析 I．化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热并判断吸热还是放热；
Ⅱ．碱性甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-，其总反应为CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，据此分析解答；
Ⅲ．该反应中Fe元素化合价由+3价变为+2价、Cu元素化合价由0价变为+2价，发生氧化反应的金属Cu作负极、不如Cu活泼的金属或导电的非金属作正极，FeCl₃为电解质，据此设计原电池．

解答 解：I．在反应N₂+3H₂?2NH₃中，断裂3mol H-H键，1molN三N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2molNH₃，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，生成2molNH₃放出的热量为：2346kJ-2254kJ=92kJ，故答案为：放出；92；
Ⅱ．碱性甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为4H₂O+2O₂+8e-═8OH^-，其总反应为CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，
（1）根据以上分析，该电池的正极为通入氧气的Y极，故答案为：Y；
（2）根据负极反应CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，当通入5.6L甲烷气体即$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，所以完全反应后有0.25mol×8=2mol电子转移，故答案为：2；
（3）根据反应总反应为CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，消耗氢氧根离子，所以该电池的电解质溶液的PH降低，故答案为：降低；
Ⅲ．（1）根据电池反应式知，Fe元素化合价由+3价变为+2价、Cu元素化合价由0价变为+2价，所以Cu作负极，不如铜活泼的金属或导电的非金属作正极，如C，FeCl₃溶液为电解质溶液，其装置图为，故答案为：；
（2）由方程式可知，Cu被氧化，为原电池的负极，负极反应为Cu-2e^-=Cu²⁺，正极Fe³⁺被还原，电极方程式为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

点评 本题考查了考查反应热的计算、燃料电池正负极的判断及计算、原电池设计等，把握从键能的角度计算反应热的方法以及原电池原理的应用，注意相关基础知识的积累，题目难度不大．