Question

13．為了減少CO對(duì)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）寫出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式CO（g）+H₂O（g）=CO₂ （g）+H₂（g）△H=--41.8KJ/mol．
（2）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，其負(fù)極的電極反應(yīng)式是：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；該電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的pH變化變大（填“變大”、“變小”或“不變”）．某氫氧燃料電池釋放228.64kJ電能時(shí)，生成1mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為80%．
（3）在25℃時(shí)，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(gè)石墨電極上有1.28g Cu生成，另一極生成無色氣體．試回答下列問題：
①電解CuSO₄溶液的化學(xué)方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
②電解后溶液的PH=1（不考慮溶液體積變化）．
③若要使電解質(zhì)溶液復(fù)原，應(yīng)加入的物質(zhì)為CuO 或CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）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(jìn)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(jìn)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；
（2）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣在負(fù)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(jì)算；
（3）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(jì)算當(dāng)有1.28g Cu生成時(shí)，反應(yīng)所轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，計(jì)算溶液的pH，電解質(zhì)溶液濃度恢復(fù)遵循：“出什么加什么”的原則．

解答 解：（1）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；
（2）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^-，負(fù)極電極反應(yīng)為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O，實(shí)質(zhì)是電解水，溶液濃度增大，溶液PH增大，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ•moL^-1，氫氧燃料電池釋放228.64kJ電能時(shí)，生成1mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為 $\frac{228.64}{285.8}$×100%=80%，
故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；變大；80%；
（3）①電解硫酸銅時(shí)，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$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
②根據(jù)電極反應(yīng)：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，電解硫酸銅時(shí)，陰極上是銅離子先放電，兩極生成體積相同的氣體，即陰極上：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，當(dāng)該電極上有1.28g Cu生成時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.04mol電子時(shí)，生成硫酸的物質(zhì)的量是0.04mol，氫離子濃度是$\frac{0.04mol}{0.04L}$=0.1mol/L，所以pH=1，
故答案為：1；
③電解的實(shí)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0.02molCuO 或CuCO₃，
故答案為：CuO 或CuCO₃．

點(diǎn)評(píng) 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(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查題，難度中等．