Question

能源是人類生存和發(fā)展的重要支柱．研究化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化在能源緊缺的今天具有重要的理論意義．已知下列熱化學(xué)方程式
①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-570kJ/mol；
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ/mol；
③C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/moL；
④C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/moL；
⑤CO₂（g）+2H₂O（g）=2CH₄（g）+2O₂（g）△H=+890kJ/moL
回答下列問題
（1）H₂的燃燒熱為

 

．
（2）蓋斯定律在生產(chǎn)和科學(xué)研究中有很重要的意義．有些反應(yīng)的反應(yīng)熱雖然難直接測(cè)定，但可通過間接的方法求得．已知C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=akJ/moL；
則a=

 

；該反應(yīng)的熵△S

 

0（選填“＞”、“=”、“＜”）；已知自由能△G=△H-T△S，當(dāng)△G＜0時(shí)可自發(fā)進(jìn)行．則該反應(yīng)在什么條件下可自發(fā)進(jìn)行

 

．
（3）事實(shí)證明，能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)．
①下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池的是

 

．
A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H＜0
C．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
②以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，依據(jù)所選反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，其正極的電極反應(yīng)式為

 

．
（4）有同學(xué)利用CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究．
①圖一是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄ 設(shè)計(jì)成的鋅銅原電池．

電解質(zhì)溶液乙是

 

（填“ZnSO₄”或“CuSO₄”）溶液；Cu極的電極反應(yīng)式是

 

．
②圖二中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

分析：（1）燃燒熱是指1mol純凈物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，根據(jù)燃燒熱的概念來判斷；
（2）根據(jù)方程式②、③運(yùn)用蓋斯定律求得反應(yīng)熱；根據(jù)氣體的熵大于固體的熵；根據(jù)△G=△H-T△S，△G＜0自發(fā)進(jìn)行判斷；
（3）構(gòu)成原電池的條件是：①有兩個(gè)活潑性不同的電極，②將電極插入電解質(zhì)溶液中，③兩電極間構(gòu)成閉合回路，④能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)，該反應(yīng)必須是放熱反應(yīng)，據(jù)此分析判斷；氫氧燃料電池工作時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）甲中電極為Zn，為負(fù)極，則Cu為正極，銅離子得到電子；實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，Cu為陽極，則b為正極，a為負(fù)極，甲烷失去電子；

解答：解：（1）因燃燒熱在某一溫度和壓強(qiáng)下lmol某物質(zhì)B完全燃燒生成穩(wěn)定化合物時(shí)所釋放出的熱量，由①可得H₂的燃燒熱為285.8kJ?mol^-1，
故答案為：285.8kJ?mol^-1；
（2）因③-②可得：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO （g）△H=+131.5kJ?mol^-1，氣體的熵大于固體的熵，所以熵變大于0，自由能△G=△H-T△S，當(dāng)△G＜0時(shí)可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)△H，＞0，△S＞0，滿足△G＜0，需高溫，故答案為：+131.5；＞；高溫時(shí)；
（3）①能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，且必須是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，
A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以不能設(shè)計(jì)成原電池，故不選；
B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)且能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，所以能設(shè)計(jì)成原電池，故選；
C．該反應(yīng)為中和反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)，所以不能設(shè)計(jì)成原電池，故不選；
故答案為：B；
②以KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池中，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（4）①甲中電極為Zn，為負(fù)極，電解質(zhì)溶液甲是ZnSO₄，則Cu為正極，銅離子得到電子，電解質(zhì)溶液乙是CuSO₄，電極反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：CuSO₄；Cu-2e^-=Cu²⁺；
②實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，Cu為陽極，則b為正極，通入的氣體O₂，a為負(fù)極，甲烷失去電子，電極反應(yīng)為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查燃燒熱的定義、蓋斯定律的運(yùn)用、原電池、電解池的原理，明確原電池的構(gòu)成條件及反應(yīng)必須是放熱反應(yīng)是解（3）的關(guān)鍵，（4）電化學(xué)的綜合運(yùn)用是該題的難點(diǎn)，題目難度中等．