Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題，利用化學(xué)反應(yīng)可實現(xiàn)多種形式的能量相互轉(zhuǎn)化。請回答以下問題：
（1）由氣態(tài)基態(tài)原子形成1mol化學(xué)鍵釋放的最低能量叫鍵能。從化學(xué)鍵的角度分析，化學(xué)反應(yīng)的過程就是舊鍵斷裂和新鍵的形成過程。已知反應(yīng)N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－93 kJ·mol^－1。試根據(jù)表中所列鍵能數(shù)據(jù)，計算a 的數(shù)值為_______kJ／mol。

化學(xué)鍵	H－H	N－H	N≡N
鍵能/kJ·mol－1	436	a	945

（2）甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。已知在常壓下有如下變化： 
① 2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(g)   ΔH ＝a kJ／mol
② H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH ＝b kJ／mol
寫出液態(tài)甲醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：                     。
（3）可利用甲醇燃燒反應(yīng)設(shè)計一個燃料電池。如下圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個電極上分別充入甲醇和氧氣。
①寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)式                            。②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是        極（填”A”或”B”）；當鐵件的質(zhì)量增重6.4g時，燃料電池中消耗氧氣的標準狀況下體積為     L。

（4）如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖2裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀（電解槽內(nèi)的陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過）。
①該電解槽的陽極反應(yīng)式為                  ，單位時間內(nèi)通過陰離子交換膜的離子數(shù)與通過陽離子交換膜的離子數(shù)的比值為      。
②從出口D導(dǎo)出的溶液是   （填化學(xué)式）。

Answer 1

（14分）（1）391 （2分） 
（2）2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(l)； ΔH ＝（a +4b）kJ／mol（3分）（ΔH算錯扣1分）
（3）①O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－ （2分） ；②B；（1分）  1.12 （2分）
（4）① 4OH^－－4e^－＝2H₂O+O₂↑（或2H₂O—4e^－= O₂↑+4H⁺ ）（2分）；1：2（1分）；② KOH（1分）；

試題分析：（1）反應(yīng)熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝945kJ/mol＋3×436 kJ/mol－6a＝－93 kJ/mol，解得a＝391 kJ/mol。
（2）根據(jù)蓋斯定律可知，①＋②×4，即得到2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(l)，則該反應(yīng)的ΔH＝（a +4b）kJ／mol。
（3）①原電池中正極得到電子，所以氧氣在正極通入。由于電解質(zhì)是氫氧化鉀溶液，所以正極電極反應(yīng)式是O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－。
②在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是應(yīng)該做陰極，因此和電源負極相連，即鐵件應(yīng)是B。鐵件的質(zhì)量增重6.4g，說明析出的銅應(yīng)該是6.4g，物質(zhì)的量是0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol，所以根據(jù)電子的得失守恒可知，消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.2mol÷4＝0.05mol，標準狀況下的體積是1.12L。
（4）①惰性電極電解硫酸鉀溶液，則陽極是OH^－放電，所以該電解槽的陽極反應(yīng)式為4OH^－－4e^－＝2H₂O+O₂↑。由于陰極是氫離子放電，所以根據(jù)電子的得失守恒可知，單位時間內(nèi)通過陰離子交換膜的離子數(shù)與通過陽離子交換膜的離子數(shù)的比值為1:2。
②由于D周圍是氫離子放電，所以產(chǎn)生大量的OH^－，因此從出口D導(dǎo)出的溶液是KOH。
點評：該題是中等難度的試題，試題貼近高考，綜合性強，注重基礎(chǔ)知識考查的同時，側(cè)重能力的訓(xùn)練和解題方法的指導(dǎo)，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納、總結(jié)問題的能力，也有助于提高學(xué)生的應(yīng)試能力和學(xué)習(xí)效率。該題的關(guān)鍵是熟練掌握電化學(xué)原理，然后靈活運用即可。