Question

5．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电极的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑；
②当电解质溶液为浓硝酸时：Cu电极是负（填“正”或“负”）极．
（2）①若用惰性电极电解某CuSO₄溶液．请写出开始电解时反应的总化学方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②若电解足量的KCl溶液，电解一段时间后，要使该溶液恢复到电解前溶液的体积和浓度，则应加入适量的氯化氢（填写物质的名称）．
（3）氢气具有热值高，产物无污染等优点，是一种理想的新能源．已知4g H₂完全燃烧生成液态水时放出热量为571.6kJ，试写出表示H₂燃烧热的热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．
（4）发射卫星时，可用肼（N₂H₄）为燃料和二氧化氮（NO₂）作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1；
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1；
试写出液态N₂H₄和气态NO₂反应生成气态N₂和气态H₂O的热化学方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1．
（5）水煤气可作为工业上的一种能源（利用C和H₂O气在高温下产生CO和H₂）．图2是一碳酸盐燃料电池（MCFC），以水煤气（若水煤气中CO和H₂的物质的量之比为1：1）为燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质．则B极是燃料电池的正极（填写“正极”或“负极”）；写出该燃料电池的总反应式：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；写出A极发生的电极反应式：CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①当电解质溶液为稀硫酸时：Fe易失电子作负极、Cu作正极，正极上氢离子得电子生成氢气；
②当电解质溶液为浓硝酸时：铁和浓硝酸发生钝化现象，Cu易失电子作负极、Fe作正极；
（2）①用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电生成铜，同时电解质溶液中还生成硫酸；
②若电解足量的KCl溶液，溶液中氯离子在阳极失电子发生氧化反应，氢离子在阴极得电子发生还原反应，根据少什么加什么分析判断；
（3）4g氢气的物质的量是2mol，2mol氢气完全燃烧生成液态水放出571.6kJ，则1mol氢气完全燃烧生成液态水放出285.8kJ热量；
（4））①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
依据盖斯定律②×2-①计算得到；
（5）碳酸盐燃料电池中通氧气的电极一定为正极，通入燃料的电极一定为负极，氧气在该电极上发生还原反应．

解答 解：（1）①当电解质溶液为稀硫酸时：Fe易失电子作负极、Cu作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：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，Cu易失电子作负极、Fe作正极，故答案为：负；
（2）①用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电生成铜，同时电解质溶液中还生成硫酸，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\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②若电解足量的KCl溶液，溶液中氯离子在阳极失电子发生氧化反应，氢离子在阴极得电子发生还原反应，根据少什么加什么，则恢复原溶液浓度需要加入析出的物质，即加入氯化氢可以恢复，故答案为：氯化氢；
（3）4g氢气的物质的量是2mol，2mol氢气完全燃烧生成液态水放出571.6kJ，则1mol氢气完全燃烧生成液态水放出285.8kJ热量，其燃烧热化学方程式为 H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1
依据盖斯定律②×2-①得到，2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1；
故答案为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O （g）△H=-1156kJ•mol^-1 ；
（5）碳酸盐燃料电池中通氧气的电极一定为正极，通入燃料的电极一定为负极，则A为负极，反应为：CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O；氧气在该电极上发生还原反应，所以B为正极，反应为：2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-；所以总反应为：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O，故答案为：正极；CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；CO+H₂+2CO₃^2--4e^-=3CO₂+H₂O．

点评 本题考查原电池和电解池原理、盖斯定律、燃烧热等知识点，侧重考查基本理论，注意不能根据金属的活泼性强弱判断正负极，要根据失电子难易程度判断正负极，为易错点．