Question

11．金属作为一种能源受到越来越多的关注．
（1）起始阶段，金属主要作为燃料的添加剂．如航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料，加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{450℃}$6H₂O↑+2N₂↑+4HCl↑+5O₂↑，在该反应中还原产物与氧化产物的物质的量比为4：7，每有1molNH₄ClO₄分解，转移电子的物质的量为8mol．
（2）随着研究的深入，金属燃料直接作为能源出现．
①铁和铝的燃烧可以提供大量能量．已知：4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（s）△H ₁；
3Fe（s）+2O₂（g）=Fe₃O₄（s）△H ₂
则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量是铁提供能量的$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$倍（用△H ₁和△H ₂表示）．
②关于金属燃料的下列说法错误的是d
a．较易控制金属燃烧后产物，减少对环境的污染
b．镁可以通过与二氧化碳的反应，达到既节能又减碳的效果
c．将金属加工为纳米金属时，表面积增大更容易燃烧
d．电解法冶炼镁铝的技术比较成熟，制取的镁铝可作为燃料用于发电
（3）相比金属燃料来讲，将金属中的化学能转化为电能在现在得到了更为广泛的应用．
①如图为某银锌电池的装置图，则该装置工作时，负极区pH减小（填“增大”、“减小”或“不变），正极反应式为Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-．
②一种新型电池是以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨为电极，含Li⁺的导电固体为电解质，放、充电的总反应式可表示为Li+LiFeSiO₄$?_{充电}^{放电}$Li₂FeSiO₄．放电时，Li⁺向正极（填“正”或“负”）极移动；充电时，每生成1mol LiFeSiO₄转移1mol电子．

Answer 1

分析 （1）利用元素的化合价变化来分析氧化产物与还原产物，然后分析物质的量的关系；再利用氧化还原反应中转移的电子数来计算1mol高氯酸铵分解转移的电子数；
（2）假设金属的质量都是m，根据热化学方程式的意义来计算即可；根据金属燃烧反应的特点以及应用来判断；
（3）①根据银锌电池工作时，负极区是金属锌失电子的氧化反应，正极上是氧化银得电子的还原反应来回答判断；
②新型锂离子电池是一种二次电池，放电时，电池是将化学能转化为电能，负极为Li，LiFeSiO₄为正极，充电时为电解池，电极反应为原电池中反应的逆过程，放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此分析．

解答 解：（1）在该反应中氮元素、氧元素的化合价升高，氯元素的化合价降低，则氮气和氧气为氧化产物，HCl为还原产物，由方程式可知，氧化产物的物质的量为2+5=7mol，则还原产物的物质的量为4mol，则氧化产物与还原产物的物质的量之比7：4；在该反应中4mol高氯酸铵分解转移的电子数为4×（7-（-1））=32mol，则每分解1mol高氯酸铵转移的电子为8mol，故答案为：4：7；8mol；
（2）假设金属的质量都是m，则mg金属铝完全燃烧，提供能量是$\frac{m△{H}_{1}}{4×27}$，mg金属Fe完全燃烧，提供能量是$\frac{m△{H}_{2}}{3×56}$，则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量和铁提供能量的比值是：$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$，即则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量是铁提供能量的$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$倍；
a．大多数即使农户燃烧产物是氧化物，金属燃烧较易控制金属燃烧后产物，减少对环境的污染，故正确；
b．镁可以与二氧化碳的反应产生氧化镁和碳单质，产生热量，达到既节能又减碳的效果，故正确；
c．将金属加工为纳米金属时，表面积增大，可以提高燃烧速率，使之更容易燃烧，故正确；
d．电解法冶炼镁铝的技术比较成熟，制取的镁铝燃烧不能用于发电，造价太高，故错误．
故选d．
故答案为：$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$，d；
（3）①银锌电池工作时，负极区是金属锌失电子的氧化反应，Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂，消耗氢氧根离子，所以溶液的pH减小，正极是氧化银得电子的还原反应：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；故答案为：减小；Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；
②充电时阳极上发生的反应为Li₂SiO₄-e^-═LiFeSiO₄+Li⁺，则毎生成1molLiFeSiO₄转移1mol电子，阳离子向阴极移动，放电时，Li⁺向正极移动，故答案为：正极；1mol．

点评 本题考查学生热化学方程式的有关计算、原电池和电解池的工作原理以及氧化还原反应中电子转移的计算等知识，属于综合知识的考查，难度中等．