Question

11．金屬作為一種能源受到越來越多的關注．
（1）起始階段，金屬主要作為燃料的添加劑．如航天飛機曾用金屬鋁粉和高氯酸銨混合物作為固體燃料，加熱鋁粉使其氧化并放出大量熱量，促使混合物中另一種燃料分解：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{450℃}$6H₂O↑+2N₂↑+4HCl↑+5O₂↑，在該反應中還原產(chǎn)物與氧化產(chǎn)物的物質的量比為4：7，每有1molNH₄ClO₄分解，轉移電子的物質的量為8mol．
（2）隨著研究的深入，金屬燃料直接作為能源出現(xiàn)．
①鐵和鋁的燃燒可以提供大量能量．已知：4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（s）△H ₁；
3Fe（s）+2O₂（g）=Fe₃O₄（s）△H ₂
則相同質量的鋁和鐵完全燃燒，鋁提供能量是鐵提供能量的$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$倍（用△H ₁和△H ₂表示）．
②關于金屬燃料的下列說法錯誤的是d
a．較易控制金屬燃燒后產(chǎn)物，減少對環(huán)境的污染
b．鎂可以通過與二氧化碳的反應，達到既節(jié)能又減碳的效果
c．將金屬加工為納米金屬時，表面積增大更容易燃燒
d．電解法冶煉鎂鋁的技術比較成熟，制取的鎂鋁可作為燃料用于發(fā)電
（3）相比金屬燃料來講，將金屬中的化學能轉化為電能在現(xiàn)在得到了更為廣泛的應用．
①如圖為某銀鋅電池的裝置圖，則該裝置工作時，負極區(qū)pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變），正極反應式為Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-．
②一種新型電池是以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨為電極，含Li⁺的導電固體為電解質，放、充電的總反應式可表示為Li+LiFeSiO₄$?_{充電}^{放電}$Li₂FeSiO₄．放電時，Li⁺向正極（填“正”或“負”）極移動；充電時，每生成1mol LiFeSiO₄轉移1mol電子．

Answer 1

分析 （1）利用元素的化合價變化來分析氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物，然后分析物質的量的關系；再利用氧化還原反應中轉移的電子數(shù)來計算1mol高氯酸銨分解轉移的電子數(shù)；
（2）假設金屬的質量都是m，根據(jù)熱化學方程式的意義來計算即可；根據(jù)金屬燃燒反應的特點以及應用來判斷；
（3）①根據(jù)銀鋅電池工作時，負極區(qū)是金屬鋅失電子的氧化反應，正極上是氧化銀得電子的還原反應來回答判斷；
②新型鋰離子電池是一種二次電池，放電時，電池是將化學能轉化為電能，負極為Li，LiFeSiO₄為正極，充電時為電解池，電極反應為原電池中反應的逆過程，放電時，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，據(jù)此分析．

解答 解：（1）在該反應中氮元素、氧元素的化合價升高，氯元素的化合價降低，則氮氣和氧氣為氧化產(chǎn)物，HCl為還原產(chǎn)物，由方程式可知，氧化產(chǎn)物的物質的量為2+5=7mol，則還原產(chǎn)物的物質的量為4mol，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質的量之比7：4；在該反應中4mol高氯酸銨分解轉移的電子數(shù)為4×（7-（-1））=32mol，則每分解1mol高氯酸銨轉移的電子為8mol，故答案為：4：7；8mol；
（2）假設金屬的質量都是m，則mg金屬鋁完全燃燒，提供能量是$\frac{m△{H}_{1}}{4×27}$，mg金屬Fe完全燃燒，提供能量是$\frac{m△{H}_{2}}{3×56}$，則相同質量的鋁和鐵完全燃燒，鋁提供能量和鐵提供能量的比值是：$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$，即則相同質量的鋁和鐵完全燃燒，鋁提供能量是鐵提供能量的$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$倍；
a．大多數(shù)即使農(nóng)戶燃燒產(chǎn)物是氧化物，金屬燃燒較易控制金屬燃燒后產(chǎn)物，減少對環(huán)境的污染，故正確；
b．鎂可以與二氧化碳的反應產(chǎn)生氧化鎂和碳單質，產(chǎn)生熱量，達到既節(jié)能又減碳的效果，故正確；
c．將金屬加工為納米金屬時，表面積增大，可以提高燃燒速率，使之更容易燃燒，故正確；
d．電解法冶煉鎂鋁的技術比較成熟，制取的鎂鋁燃燒不能用于發(fā)電，造價太高，故錯誤．
故選d．
故答案為：$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$，d；
（3）①銀鋅電池工作時，負極區(qū)是金屬鋅失電子的氧化反應，Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂，消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減小，正極是氧化銀得電子的還原反應：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；故答案為：減小；Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；
②充電時陽極上發(fā)生的反應為Li₂SiO₄-e^-═LiFeSiO₄+Li⁺，則毎生成1molLiFeSiO₄轉移1mol電子，陽離子向陰極移動，放電時，Li⁺向正極移動，故答案為：正極；1mol．

點評 本題考查學生熱化學方程式的有關計算、原電池和電解池的工作原理以及氧化還原反應中電子轉移的計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．