Question

能源是人類生存和發展的重要支柱．研究化學反應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）蓋斯定律在生產和科學研究中有很重要的意義．有些反應的反應熱雖然難直接測定，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=

 

；該反應的熵△S

 

0（選填“＞”、“=”、“＜”）；已知自由能△G=△H-T△S，當△G＜0時可自發進行．則該反應在什么條件下可自發進行

 

．
（3）事實證明，能設計成原電池的反應通常是放熱反應．
①下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是

 

．
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溶液為電解質溶液，依據所選反應設計一個原電池，其正極的電極反應式為

 

．
（4）有同學利用CuSO₄溶液，進行以下實驗探究．
①圖一是根據反應Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄ 設計成的鋅銅原電池．

電解質溶液乙是

 

（填“ZnSO₄”或“CuSO₄”）溶液；Cu極的電極反應式是

 

．
②圖二中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）的結構示意圖，該同學想在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則b處通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發生的電極反應式是

 

．

Answer 1

分析：（1）燃燒熱是指1mol純凈物完全燃燒生成穩定的氧化物放出的熱量，根據燃燒熱的概念來判斷；
（2）根據方程式②、③運用蓋斯定律求得反應熱；根據氣體的熵大于固體的熵；根據△G=△H-T△S，△G＜0自發進行判斷；
（3）構成原電池的條件是：①有兩個活潑性不同的電極，②將電極插入電解質溶液中，③兩電極間構成閉合回路，④能自發的進行氧化還原反應，能自發的進行氧化還原反應時，該反應必須是放熱反應，據此分析判斷；氫氧燃料電池工作時，負極發生氧化反應，正極發生還原反應；
（4）甲中電極為Zn，為負極，則Cu為正極，銅離子得到電子；實現鐵上鍍銅，Cu為陽極，則b為正極，a為負極，甲烷失去電子；

解答：解：（1）因燃燒熱在某一溫度和壓強下lmol某物質B完全燃燒生成穩定化合物時所釋放出的熱量，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△G＜0時可自發進行，該反應△H，＞0，△S＞0，滿足△G＜0，需高溫，故答案為：+131.5；＞；高溫時；
（3）①能設計成原電池的反應通常是放熱反應，且必須是能自發進行的氧化還原反應，
A．該反應是吸熱反應，所以不能設計成原電池，故不選；
B．該反應是放熱反應且能自發的進行氧化還原反應，所以能設計成原電池，故選；
C．該反應為中和反應，不是氧化還原反應，所以不能設計成原電池，故不選；
故答案為：B；
②以KOH溶液為電解質溶液的氫氧燃料電池中，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（4）①甲中電極為Zn，為負極，電解質溶液甲是ZnSO₄，則Cu為正極，銅離子得到電子，電解質溶液乙是CuSO₄，電極反應為Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：CuSO₄；Cu-2e^-=Cu²⁺；
②實現鐵上鍍銅，Cu為陽極，則b為正極，通入的氣體O₂，a為負極，甲烷失去電子，電極反應為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；

點評：本題考查燃燒熱的定義、蓋斯定律的運用、原電池、電解池的原理，明確原電池的構成條件及反應必須是放熱反應是解（3）的關鍵，（4）電化學的綜合運用是該題的難點，題目難度中等．