Question

11．金屬作為一種能源受到越來(lái)越多的關(guān)注．
（1）起始階段，金屬主要作為燃料的添加劑．如航天飛機(jī)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℃}$6H₂O↑+2N₂↑+4HCl↑+5O₂↑，在該反應(yīng)中還原產(chǎn)物與氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量比為4：7，每有1molNH₄ClO₄分解，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8mol．
（2）隨著研究的深入，金屬燃料直接作為能源出現(xiàn)．
①鐵和鋁的燃燒可以提供大量能量．已知：4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（s）△H ₁；
3Fe（s）+2O₂（g）=Fe₃O₄（s）△H ₂
則相同質(zhì)量的鋁和鐵完全燃燒，鋁提供能量是鐵提供能量的$\frac{14△{H}_{1}}{9△{H}_{2}}$倍（用△H ₁和△H ₂表示）．
②關(guān)于金屬燃料的下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是d
a．較易控制金屬燃燒后產(chǎn)物，減少對(duì)環(huán)境的污染
b．鎂可以通過(guò)與二氧化碳的反應(yīng)，達(dá)到既節(jié)能又減碳的效果
c．將金屬加工為納米金屬時(shí)，表面積增大更容易燃燒
d．電解法冶煉鎂鋁的技術(shù)比較成熟，制取的鎂鋁可作為燃料用于發(fā)電
（3）相比金屬燃料來(lái)講，將金屬中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能在現(xiàn)在得到了更為廣泛的應(yīng)用．
①如圖為某銀鋅電池的裝置圖，則該裝置工作時(shí)，負(fù)極區(qū)pH減小（填“增大”、“減小”或“不變），正極反應(yīng)式為Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-．
②一種新型電池是以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨為電極，含Li⁺的導(dǎo)電固體為電解質(zhì)，放、充電的總反應(yīng)式可表示為L(zhǎng)i+LiFeSiO₄$?_{充電}^{放電}$Li₂FeSiO₄．放電時(shí)，Li⁺向正極（填“正”或“負(fù)”）極移動(dòng)；充電時(shí)，每生成1mol LiFeSiO₄轉(zhuǎn)移1mol電子．

Answer 1

分析 （1）利用元素的化合價(jià)變化來(lái)分析氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物，然后分析物質(zhì)的量的關(guān)系；再利用氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)來(lái)計(jì)算1mol高氯酸銨分解轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（2）假設(shè)金屬的質(zhì)量都是m，根據(jù)熱化學(xué)方程式的意義來(lái)計(jì)算即可；根據(jù)金屬燃燒反應(yīng)的特點(diǎn)以及應(yīng)用來(lái)判斷；
（3）①根據(jù)銀鋅電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)是金屬鋅失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧化銀得電子的還原反應(yīng)來(lái)回答判斷；
②新型鋰離子電池是一種二次電池，放電時(shí)，電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，負(fù)極為L(zhǎng)i，LiFeSiO₄為正極，充電時(shí)為電解池，電極反應(yīng)為原電池中反應(yīng)的逆過(guò)程，放電時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，據(jù)此分析．

解答 解：（1）在該反應(yīng)中氮元素、氧元素的化合價(jià)升高，氯元素的化合價(jià)降低，則氮?dú)夂脱鯕鉃檠趸�產(chǎn)物，HCl為還原產(chǎn)物，由方程式可知，氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量為2+5=7mol，則還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量為4mol，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比7：4；在該反應(yīng)中4mol高氯酸銨分解轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4×（7-（-1））=32mol，則每分解1mol高氯酸銨轉(zhuǎn)移的電子為8mol，故答案為：4：7；8mol；
（2）假設(shè)金屬的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(duì)環(huán)境的污染，故正確；
b．鎂可以與二氧化碳的反應(yīng)產(chǎn)生氧化鎂和碳單質(zhì)，產(chǎn)生熱量，達(dá)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(shí)，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(shù)比較成熟，制取的鎂鋁燃燒不能用于發(fā)電，造價(jià)太高，故錯(cuò)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(shí)，負(fù)極區(qū)是金屬鋅失電子的氧化反應(yīng)，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(yīng)：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；故答案為：減��；Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；
②充電時(shí)陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)i₂SiO₄-e^-═LiFeSiO₄+Li⁺，則毎生成1molLiFeSiO₄轉(zhuǎn)移1mol電子，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，放電時(shí)，Li⁺向正極移動(dòng)，故答案為：正極；1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生熱化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算、原電池和電解池的工作原理以及氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的計(jì)算等知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等．