Question

5．由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气，放出241.8kJ热量（25℃、101kPa下测得）
（1）写出该反应的热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
（2）若1g水蒸气转化为液态水放热2.5kJ，则氢气的燃烧热为△H=-286.8 kJ•mol^-1．
（3）利用燃料燃烧的能量变化可以设计燃料电池，进行相关实验探究．已知用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示．

①燃料电池工作时，正极电极反应为：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O
②若a极是铜，b极是铁，电解一段时间后，两电极质量差为16克，理论上消耗标准状况下氢气体积为2.8L （不考虑能量损耗）．

Answer 1

分析 （1）由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气，放出241.8kJ热量，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；
（2）氢气的燃烧热是值1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，单位是kJ/mol，计算18g水蒸气生成液态水放出的热量，结合氢气与氧气反应生成气态水的反应热计算生成液态水的反应热，进而求解氢气的燃烧热；
（3）①燃料电池为氢氧燃料电池，电解质溶液为酸性溶液，氢气在负极失电子发生氧化反应酸性介质中生成氢离子，氧气在正极得到电子发生还原反应，酸性介质中生成水；
②若a极是铜和原电池正极相连为电解池的阳极，b极是铁和电源负极相连为电解池的阴极，电解一段时间后，阳极Cu-2e-=Cu²⁺，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e-=Cu，两极质量变化128g，电子转移2mol，两电极质量差为16克，计算得到电子转移0.25mol，结合电子守恒计算生成氢气标准状况下的体积；

解答 解：（1）氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，该反应的热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol，
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol；
（2）1g水蒸气转化成液态水放热2.5kJ，故18g水蒸气转化成液态水放出热量2.5kJ×18=45kJ，
①H₂O（g）=H₂O（l）△H=-45KJ/mol，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol，
依据盖斯定律计算①+②得到，反应H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）的反应热△H=-（241.8kJ/mol+45kJ/mol）=-286.8kJ/mol，氢气的燃烧热方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.8kJ/mol，故氢气的燃烧热为286.8kJ/mol，
故答案为：-286.8 kJ•mol^-1；
（3）①燃料电池为氢氧燃料电池，电解质溶液为酸性溶液，氢气在负极失电子发生氧化反应酸性介质中生成氢离子，H₂-2e^-=2H⁺，氧气在正极得到电子发生还原反应，酸性介质中生成水电极反应为：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；
②若a极是铜和原电池正极相连为电解池的阳极，b极是铁和电源负极相连为电解池的阴极，电解一段时间后，阳极Cu-2e-=Cu²⁺，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e-=Cu，两极质量变化128g，电子转移2mol，两电极质量差为16克，计算得到电子转移0.25mol，H₂～2e^-，反应消耗氢气物质的量=0.125mol，体积V=0.125mol×22.4L/mol=2.8L，
 故答案为：2.8．

点评 本题考查了燃烧热概念、热化学方程式书写、盖斯定律计算应用、原电池、电解池原理分析判断，主要是电极变化和电极产物的计算依据是电子守恒的应用，掌握基础是关键，题目难度中等．