Question

【題目】（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應(yīng)，其能量變化示意圖如下：

寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：____。

（2）科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2－(O2＋4e－=2O2－)。

①c電極的名稱為___，d電極上的電極反應(yīng)式為____。

②如圖2所示電解100mL0.5mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為___。若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，可加入___(填字母)。

a．CuO b．Cu(OH)2 c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3

（3）利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池，其正極電極反應(yīng)式為____。

（4）人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素[CO(NH2)2]，原理如圖。

①電源的負極為____(填“A”或“B”)。

②陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為___。

③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將___(填“增大”“減小”或“不變”)；若兩極共收集到氣體13.44L(標準狀況)，則除去的尿素為___g(忽略氣體的溶解)。

（5）化學(xué)鍍的原理是利用化學(xué)反應(yīng)生成金屬單質(zhì)沉積在鍍件表面形成鍍層。

①若用銅鹽進行化學(xué)鍍銅，應(yīng)選用____(填“氧化劑”或“還原劑”)與之反應(yīng)。

②某化學(xué)鍍銅的反應(yīng)速率隨鍍液pH變化如圖所示。該鍍銅過程中，鍍液pH控制在12.5左右。據(jù)圖中信息，給出使反應(yīng)停止的方法：___。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1 正極 CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ ac O2＋4H＋＋4e－=2H2O B 2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl 不變 7.2 還原劑 調(diào)節(jié)溶液pH在8～9之間

【解析】

（1）反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵所需要吸收的總能量減去生成物形成化學(xué)鍵釋放的總能量即為焓變；

（2）①圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2-離子，由此可以得出電極方程式；

②圖2所示電解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，溶液中氫氧根離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；電解過程中CuSO4溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子；

（3）該反應(yīng)中Cu元素化合價由0價變?yōu)?/span>+2價、O元素化合價由0價變?yōu)?/span>-2價，要將該反應(yīng)設(shè)計成原電池，Cu作負極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，因為在酸性條件下，所以氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；

（4）①由圖可知，左室電極產(chǎn)物為Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A為電源的正極，右室電解產(chǎn)物H2，發(fā)生還原反應(yīng)，故B為電源的負極；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應(yīng)為6H2O+6e-=6OH-+3H2，陽極依次發(fā)生的反應(yīng)為2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH、H+的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜進入陰極室與OH恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；電解收集到的13.44L氣體，物質(zhì)的量為 =0.6mol，根據(jù)得失電子守恒知產(chǎn)生的H2、N2、CO2物質(zhì)的量之比為3:1:1，則n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物質(zhì)的量也為0.12mol，可以求出其質(zhì)量；

（5）①要把銅從銅鹽中置換銅出來，Cu被還原，則需要加入還原劑；

②根據(jù)圖示信息，pH=8~9之間，反應(yīng)速率為0，所以要使反應(yīng)停止，調(diào)節(jié)溶液的pH至8~9 之間。

（1）反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵所需要吸收的總能量減去生成物形成化學(xué)鍵釋放的總能量即為焓變：ΔH＝[(945＋498)－2×630] kJ·mol－1＝+183 kJ·mol－1，熱化學(xué)方程式為：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1；

（2）①圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2-離子，負極（d極）電極反應(yīng)為：CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；故答案為：正極； CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；/p>

②圖2所示電解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，a極為陽極，溶液中氫氧根離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；電解過程中CuSO4溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當(dāng)于損失一個CuO，為了使CuSO4溶液，恢復(fù)原濃度，應(yīng)加入CuO，也可以加入CuCO3，符合恢復(fù)溶液濃度的定量關(guān)系，但不能加入Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3，因為CuCO3+H2SO4═CuSO4+CO2↑+H2O，相當(dāng)于加CuO，而Cu（OH）2+H2SO4═CuSO4+2H2O、Cu2（OH）2CO3+2H2SO4═2CuSO4 +CO2↑+3H2O，除增加溶質(zhì)外還增加了水，故選ac；

（3）該反應(yīng)中Cu元素化合價由0價變?yōu)?/span>+2價、O元素化合價由0價變?yōu)?/span>-2價，要將該反應(yīng)設(shè)計成原電池，Cu作負極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，因為在酸性條件下，所以氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為4H++O2+4e- =2H2O；

（4）①由圖可知，左室電極產(chǎn)物為Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A為電源的正極，右室電解產(chǎn)物H2，發(fā)生還原反應(yīng)，故B為電源的負極，故答案為：B；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應(yīng)為6H2O+6e-=6OH-+3H2，陽極依次發(fā)生的反應(yīng)為2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH、H+的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜進入陰極室與OH恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；電解收集到的13.44L氣體，物質(zhì)的量為 =0.6mol，根據(jù)得失電子守恒知產(chǎn)生的H2、N2、CO2物質(zhì)的量之比為3:1:1，則n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物質(zhì)的量也為0.12mol，其質(zhì)量m[CO(NH2)2]=0.12mol×60gmol1=7.2g；

（5）①要把銅從銅鹽中置換銅出來，Cu被還原，則需要加入還原劑與之反應(yīng)，故答案為：還原劑；

②根據(jù)圖示信息，pH=8~9之間，反應(yīng)速率為0，所以要使反應(yīng)停止，調(diào)節(jié)溶液的pH至8~9 之間，故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH在8～9之間。