Question

16．（1）已知H-H 键能为436kJ•mol^-1，H-N键键能为391kJ•mol^-1，根据化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．则N≡N键的键能是945.6kJ•mol^-1
（2）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是B．
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0
B．2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H＜0
C．NaOH（aq）+HC1（aq）═NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0
（3）以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应式O₂+4e^一+2H₂O=4OH^一．
（4）电解原理在化学工业中有着广泛的应用．现将你设计的原电池通过导线与图中电解池相连，其中为 a电解液，X和Y均为惰性电极，则
①若a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
②若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的pH=1（假设电解后溶液体积不变）．

Answer 1

分析 （1）旧键断裂吸收的能量减去新键生成释放的能量值即为反应热，1molN₂含有1molN≡N，1molH₂含有1molH-H，1molNH₃含有3molN-H，依据△H=反应物的总键能-生成物的总键能进行计算；
（2）常温下属于氧化还原反应的放热反应，可设计为原电池，存在元素化合价变化的反应为氧化还原反应；
（3）氢氧燃料碱性电池中，正极上氧气得电子发生还原反应；
（4）①若电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，据此写出电池反应式；
②根据转移电子守恒计算阴极上析出的物质，再根据氧气计算生成的C（H⁺），从而得出其pH．

解答 解：（1）已知：H-H键能为436kJ/mol，N-H键键能为391kJ/mol，令N≡N键的键能为x，
对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故△H=xkJ/mol+3×436kJ/mol-2×3×391=-92.4kJ/mol
解得：x≈945.6kJ/mol，故答案为：945.6 kJ•mol^-1；
（2）A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0，为氧化还原反应，但为吸热反应，不能设计为原电池，故A错误；
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0，为氧化还原反应，为放热反应，能设计为原电池，故B正确；
C．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0，不属于氧化还原反应，不能设计为原电池，故C错误；
故选B；
（3）以KOH溶液为电解质溶液，氢氧燃料碱性电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+4e^一+2 H₂O=4OH^一，故答案为：O₂+4e^一+2H₂O=4OH^一；（3）O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
（4）①电解硫酸铜溶液时，阳极上生成氧气，阴极上生成铜，同时溶液中生成硫酸，所以电池反应式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，阳极上先生成氯气后生成氧气，阴极上先生成铜，后生成氢气，阳极上氯气完全析出时，氯气的体积=$\frac{0.04mol}{2}$×22.4L/mol=448mL＜672mL，所以阳极上还有224mL氧气，阳极上转移电子的物质的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.08mol，阴极上铜完全析出时，需要电子的物质的量=0.04mol×2=0.08mol，所以阴极上不析出氢气，生成224mL氧气时，阳极附近同时生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224L}{22.4L/mol}×4}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案为：1．

点评 本题考查构成原电池的条件、电解池的有关计算等知识点，难点是（4）中溶液pH的计算，只有明确阴阳极上析出的物质才能正确解答，为易错点