Question

4．氨是最重要的化工產(chǎn)品之一．
（1）合成氨用的氫氣可以以甲烷為原料制得．有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖甲、乙所示．反應(yīng)甲是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．判斷依據(jù)是反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量．CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂ （g）的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ•mol^-1．

（2）圖丙是氨氧燃料電池的示意圖，回答下列問題：
①a電極作負(fù)極（填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”），其電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
②反應(yīng)一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH將減小（填“增大”“減小”或“不變”）．
③若用該燃料電池產(chǎn)生的電能在鐵皮上鍍鋅（制白鐵皮），某鐵皮上現(xiàn)需要鍍上 97.5g鋅，理論上至少需要消耗氨氣22.4 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)圖象甲分析反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)；寫出對應(yīng)熱化學(xué)方程式，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①氨氧燃料電池，燃料氨氣在負(fù)極上放電，結(jié)合堿性環(huán)境寫出負(fù)極反應(yīng)；
②根據(jù)總反應(yīng)判斷電解質(zhì)溶液的pH變化；
③根據(jù)原電池的負(fù)極上失去的電子的物質(zhì)的量等于電解池中陰極上得到的電子的物質(zhì)的量，據(jù)此分析．

解答 解：（1）圖象甲分析反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)；反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
②CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-564.3KJ/mol
由蓋斯定律②-①×3得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=-564.3+241.8×3=+161.1kJ•mol^-1，
故答案為：放熱；反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量；CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ•mol^-1；
（2）①氨氧燃料電池，燃料氨氣在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，所以a電極作負(fù)極，故答案為：負(fù)；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
②氧氣在正極上放電，由于電解質(zhì)是堿性的，故正極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，所以總反應(yīng)為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，生成水，堿性減弱，則反應(yīng)一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH將減小，故答案為：減��；
③某鐵皮上現(xiàn)需要鍍上9.75g鋅，物質(zhì)的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{97.5}{65}$=1.5mol，故陰極上得1.5mol×2=3mol電子；
原電池的負(fù)極上失去的電子的物質(zhì)的量等于電解池中陰極上得到的電子的物質(zhì)的量，由總反應(yīng)4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，負(fù)極反應(yīng)為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，可知1molNH₃失去3mol電子；故要失去3mol電子，則需要的氨氣的物質(zhì)的量為1mol，在標(biāo)況下的體積為22.4L，故答案為：22.4．

點(diǎn)評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用和電極反應(yīng)的書寫，題目綜合性較大，較難，是對知識的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識的理解掌握．