Question

為了減少CO對大氣的污染，某研究性學(xué)習(xí)小組擬研究CO和H₂O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為綠色能源H₂．已知：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）；△H=-566kJ?moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6KJ?moL^-1
H₂O （g）=H₂O（l）；△H=-44.0KJ?moL^-1
（1）氫氣的燃燒熱△H=

 

kJ?moL^-1
（2）寫出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式

 

（3）H₂是一種理想的綠色能源，可作燃料電池；若該氫氧燃料電池以KOH為電解質(zhì)溶液，其正極的電極反應(yīng)式是

 

某氫氧燃料電池釋放228.64kJ電能時，生成1mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為

 

．
（4）在25℃時，以氫氧燃料電池為電源，用石墨電極電解400mL一定濃度的CuSO₄溶液．5min后停止通電，在一個石墨電極上有1.28g Cu生成，且兩極生成體積相同的氣體．試回答下列問題：
①總反應(yīng)式為

 

．
②電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

 

mol，同時生成標(biāo)準狀況下氣體的體積為

 

．
③電解后溶液的PH=

 

（不考慮溶液體積變化）．
④若要使電解質(zhì)溶液復(fù)原，應(yīng)加入

 

mol 的

 

．

Answer 1

考點：反應(yīng)熱和焓變,熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）通常條件下，1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為氫氣的燃燒熱．利用蓋斯定律，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進行相應(yīng)加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進行相應(yīng)的加減，據(jù)此書寫判斷；
（2）利用蓋斯定律，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進行相應(yīng)加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進行相應(yīng)的加減；利用2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566KJ/mol、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6KJ/mol結(jié)合蓋斯定律來寫出CO和 H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣在負極放電，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)計算；
（4）據(jù)電解池的電解原理來書寫電解反應(yīng)方程式；根據(jù)陰極反應(yīng)計算當(dāng)有1.28g Cu生成時，反應(yīng)所轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，兩極上轉(zhuǎn)移電子相等計算陽極上得到氣體的物質(zhì)的量，結(jié)合標(biāo)準狀況氣體摩爾體積計算體積以及溶液的pH，電解質(zhì)復(fù)原遵循：“出什么加什么”的原則．

解答： 解：（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ?moL^-1
②H₂O （g）=H₂O（l）△H=-44.0KJ?moL^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×

1

2

+②得H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=

1

2

×（-483.6KJ?moL^-1）+（-44.0KJ?moL^-1）=-285.8KJ?moL^-1；
故答案為：-285.8；
（2）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ?moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ?moL^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ?moL^-1-（-483.6KJ?moL^-1）=-82.4KJ?moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ?moL^-1．
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ?moL^-1；
（3）在氫氧燃料電池的正極上發(fā)生得電子的反應(yīng)，即O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ?moL^-1，氫氧燃料電池釋放228.64kJ電能時，生成1mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為

228.64

285.8

×100%=80%，故答案為：80%；
（4）①電解硫酸銅時，陽極上是氫氧根放電，陰極上是銅離子放電，
電解原理方程式為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
故答案為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②電解硫酸銅時，陰極上是銅離子先放電，兩極生成體積相同的氣體，即陰極上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，當(dāng)該電極上有1.28g Cu生成時，轉(zhuǎn)移電子為

1.28g

64g/mol

×2=0.04mol，陽極上是氫氧根放電，即4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e^-，當(dāng)兩極生成體積相同的氣體時，則轉(zhuǎn)移電子是一樣的，所以共轉(zhuǎn)移0.08mol電子，此時陰極上產(chǎn)生氫氣是0.02mol，陽極上產(chǎn)生氧氣是0.02mol，兩極上生成標(biāo)準狀況下氣體的體積為0.04mol×22.4L/mol=0.896L，
故答案為：0.08；0.896L；
③根據(jù)電極反應(yīng)：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子4mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.08mol電子時，生成硫酸的物質(zhì)的量是0.04mol，氫離子濃度是

0.04mol×2

0.4L

=0.2mol/L，所以pH=1-lg2=0.7，
故答案為：0.7；
 ④電解的實質(zhì)是生成金屬銅額、氫氣和氧氣，所以需要加入氫氧化銅，根據(jù)Cu元素守恒，析出0.02mol金屬銅，所以要加入0.02molCu（OH）₂，
故答案為：0.02；Cu（OH）₂．

點評：本題綜合考查學(xué)生熱化學(xué)：蓋斯定律的應(yīng)用、電化學(xué)：燃料電池和電解池的工作原等知識，屬于綜合知識的考查題，難度不大．