Question

14．能源與材料、信息被稱為現(xiàn)代社會發(fā)展的三大支柱，化學與能源有著密切聯(lián)系．
（1）下表中的數(shù)據(jù)表示破壞1mol化學鍵需消耗的能量（即鍵能，單位為kJ•mol^-1）：

化學鍵	H-H	Cl-Cl	H-Cl
鍵能	436	243	431

請根據(jù)以上信息寫出氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫氣體的熱化學方程式H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1．
（2）天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷．
①以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池的負極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
②將質(zhì)量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl₂溶液中，鐵棒接甲烷燃料電池負極，石墨棒接該電池正極，一段時間后測得鐵棒比石墨棒增加了6.4克．寫出鐵棒電極上發(fā)生的電極反應式Cu²⁺+2e^-═Cu；  則理論上消耗CH₄的體積在標準狀況下為0.56L．
（3）如圖所示的實驗裝置中，丙為用碘化鉀溶液潤濕的濾紙，m、n為夾在濾紙兩端的鉑夾；丁為直流電源，x、y為電源的兩極；G為電流計；A、B、C、D四個電極均為石墨電極．若在兩試管中充滿H₂SO₄溶液后倒立于H₂SO₄溶液的水槽中，閉合K₂，斷開K₁．
①丙電解時反應的離子方程式為2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-．
②繼續(xù)電解一段時間后，甲池中A、B極均部分被氣體包圍，此時斷開K₂，閉合K₁，電流計G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則B極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，C極的電極反應為4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應反應的焓變寫出熱化學方程式；
（2）①甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液形成原電池，負極甲烷失電子發(fā)生氧化反應；
②將質(zhì)量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl₂溶液中，形成電解池，鐵棒接甲烷燃料電池負極作陰極，石墨棒接該電池正極作陽極，陰極鐵棒上銅離子得電子發(fā)生還原反應；根據(jù)電路中得失電子守恒計算消耗CH₄的量．
（3）①閉合K₂，斷開K₁時，該甲、乙、丙為電解裝置，電解KI溶液時，據(jù)離子的放電順序書寫電解方程式；
②甲池中A、B極均部分被氣體包圍時，斷開K₂，閉合K₁，甲為原電池乙為電解池，據(jù)此分析．

解答 解：（1）反應H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g），焓變△H=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和=436kJ/mol+243kJ/mol-2×431kJ/mol=-183kJ/mol，則熱化學方程式為：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1，
故答案為：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-183kJ•mol^-1；
（2）①甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液形成原電池，負極甲烷失電子發(fā)生氧化反應，反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②將質(zhì)量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl₂溶液中，形成電解池，鐵棒接甲烷燃料電池負極作陰極，石墨棒接該電池正極作陽極，陰極鐵棒上銅離子得電子發(fā)生還原反應，反應式為：Cu²⁺+2e^-═Cu；一段時間后測得鐵棒比石墨棒增加了6.4克，則析出銅為6.4g，所以根據(jù)電路中得失電子守恒，消耗CH₄的體積在標準狀況下為$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2÷8×22.4L/mol=0.56L，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；0.56L；
（3）①閉合K₂，斷開K₁時，該甲、乙、丙為電解裝置，據(jù)電解硫酸溶液時生成氫氣和氧氣的體積可以判斷，A為陰極，氫離子在陰極放電生成氫氣，B為陽極，氫氧根離子在陽極放電生成氧氣，丙電解KI溶液時，碘離子和氫離子分別在兩極放電，電解的離子方程式為2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-，
故答案為：2I^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$I₂+H₂↑+2OH^-；
②甲池中A、B極均部分被氣體包圍時，斷開K₂，閉合K₁，甲為原電池乙為電解池，B電極是正極，氧氣在正極反應，在酸性環(huán)境中反應的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，C電極為陽極，氫氧根離子在陽極放電生成氧氣，電極反應式為4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O； 4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫、原電池原理、電解原理以及電極反應式書寫，注意電解質(zhì)溶液中離子的放電順序，題目難度較大．