Question

5．由氫氣和氧氣反應(yīng)生成1mol水蒸氣，放出241.8kJ熱量（25℃、101kPa下測得）
（1）寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
（2）若1g水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放熱2.5kJ，則氫氣的燃燒熱為△H=-286.8 kJ•mol^-1．
（3）利用燃料燃燒的能量變化可以設(shè)計燃料電池，進(jìn)行相關(guān)實驗探究．已知用酸性氫氧燃料電池為電源進(jìn)行電解的實驗裝置示意圖如圖所示．

①燃料電池工作時，正極電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O
②若a極是銅，b極是鐵，電解一段時間后，兩電極質(zhì)量差為16克，理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣體積為2.8L （不考慮能量損耗）．

Answer 1

分析 （1）由氫氣和氧氣反應(yīng)生成1mol水蒸氣，放出241.8kJ熱量，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；
（2）氫氣的燃燒熱是值1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，單位是kJ/mol，計算18g水蒸氣生成液態(tài)水放出的熱量，結(jié)合氫氣與氧氣反應(yīng)生成氣態(tài)水的反應(yīng)熱計算生成液態(tài)水的反應(yīng)熱，進(jìn)而求解氫氣的燃燒熱；
（3）①燃料電池為氫氧燃料電池，電解質(zhì)溶液為酸性溶液，氫氣在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)酸性介質(zhì)中生成氫離子，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，酸性介質(zhì)中生成水；
②若a極是銅和原電池正極相連為電解池的陽極，b極是鐵和電源負(fù)極相連為電解池的陰極，電解一段時間后，陽極Cu-2e-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e-=Cu，兩極質(zhì)量變化128g，電子轉(zhuǎn)移2mol，兩電極質(zhì)量差為16克，計算得到電子轉(zhuǎn)移0.25mol，結(jié)合電子守恒計算生成氫氣標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積；

解答 解：（1）氫氣和氧氣反應(yīng)生成1mol水蒸氣放熱241.8kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol；
（2）1g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱2.5kJ，故18g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放出熱量2.5kJ×18=45kJ，
①H₂O（g）=H₂O（l）△H=-45KJ/mol，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律計算①+②得到，反應(yīng)H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）的反應(yīng)熱△H=-（241.8kJ/mol+45kJ/mol）=-286.8kJ/mol，氫氣的燃燒熱方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.8kJ/mol，故氫氣的燃燒熱為286.8kJ/mol，
故答案為：-286.8 kJ•mol^-1；
（3）①燃料電池為氫氧燃料電池，電解質(zhì)溶液為酸性溶液，氫氣在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)酸性介質(zhì)中生成氫離子，H₂-2e^-=2H⁺，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，酸性介質(zhì)中生成水電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e-=2H₂O；
②若a極是銅和原電池正極相連為電解池的陽極，b極是鐵和電源負(fù)極相連為電解池的陰極，電解一段時間后，陽極Cu-2e-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e-=Cu，兩極質(zhì)量變化128g，電子轉(zhuǎn)移2mol，兩電極質(zhì)量差為16克，計算得到電子轉(zhuǎn)移0.25mol，H₂～2e^-，反應(yīng)消耗氫氣物質(zhì)的量=0.125mol，體積V=0.125mol×22.4L/mol=2.8L，
 故答案為：2.8．

點評 本題考查了燃燒熱概念、熱化學(xué)方程式書寫、蓋斯定律計算應(yīng)用、原電池、電解池原理分析判斷，主要是電極變化和電極產(chǎn)物的計算依據(jù)是電子守恒的應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．