Question

18．（1）①氫氧燃料電池是將H₂通入負極，O₂通入正極而發(fā)生電池反應的．若電解質溶液為H₂SO₄，其正極電極反應式：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
②化學反應可為人類提供能量，家用液化氣的主要成分之一是丁烷（C₄H₁₀），常溫常壓下，當5.8kg丁烷完全燃燒并生成二氧化碳和液態(tài)水時，放出熱量為2.9×10⁵kJ，試寫出丁烷燃燒的熱化學方程式：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1，已知1mol液態(tài)水氣化時需要吸收44kJ的熱量，則反應：
C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）═4CO₂（g）+5H₂O（g） 的△H=-2680kJ•mol^-1．
③由甲烷、氧氣和KOH溶液組成的新型燃料電池中，負極上發(fā)生反應的電極反應式為CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
（2）36g碳不完全燃燒所得氣體中，CO占三分之一體積，CO₂占三分之二體積．已知：
2C（S）+O₂（g）═2CO（g）△H=-110.5kJ/mol，
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-576kJ/mol，與這些碳完全燃燒相比，損失的熱量是288KJ
（3）氨是重要的化工產品之一，研究合成氨反應具有重要意義．
已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：
N≡N946.0kJ•mol^-1
H-H436.0kJ•mol^-1
N-H390.8kJ•mol^-1，寫出以N₂和H₂為原料合成NH₃的熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水；
②5.8kg丁烷的物質的量=$\frac{5800g}{58g/mol}$=100mol，100mol丁烷完全燃燒放出熱量為2.9×10⁵kJ，則1mol丁烷完全燃燒放出2900kJ熱量；
根據蓋斯定律計算放出熱量；
③堿性條件下，甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
（2）蓋斯定律指若是一個反應可以分步進行，則各步反應的吸收或放出的熱量總和與這個反應一次發(fā)生時吸收或放出的熱量相同，36g碳不完全燃燒與這些碳完全燃燒相比損失的熱量為生成的一氧化碳燃燒放出的熱量；根據碳原子守恒計算出一氧化碳的物質的量，再根據一氧化碳燃燒的熱化學方程式計算，即可解答；
（3）根據反應熱△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算．

解答 解：（1）①酸性條件下，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
②5.8kg丁烷的物質的量=$\frac{5800g}{58g/mol}$=100mol，100mol丁烷完全燃燒放出熱量為2.9×10⁵kJ，則1mol丁烷完全燃燒放出2900kJ熱量，所以其熱化學反應方程式為C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1，
C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
所以C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（g）△H=-2680kJ•mol^-1，
故答案為：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5 H₂O（l）△H=-2900kJ•mol^-1；-2680kJ•mol^-1；
③堿性條件下，甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄+10OH^-+8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）36g碳的物質的量為：n=$\frac{36g}{12g/mol}$=3mol，
不完全燃燒所得氣體中，CO占三分之一體積，根據碳原子守恒，求得CO的物質的量為3mol×$\frac{1}{3}$=1mol，
根據2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-576kJ/mol，
1molCO燃燒放出的熱量為：576kJ×$\frac{1}{2}$=288kJ，
所以36g碳不完全燃燒生成1molCO損失的熱量為288kJ，
故答案為：288；
（3）N₂和H₂為原料合成NH₃的反應為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=946.0kJ•mol^-1+3×436.0kJ•mol^-1-6×390.8kJ•mol^-1=-90.8 kJ•mol^-1；故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8 kJ•mol^-1．

點評 本題考查原電池原理、熱化學反應，明確各個電極上發(fā)生的反應和蓋斯定律的應用是解本題關鍵，會正確書寫電極反應式，此知識點為高考高頻點，熟練掌握．