Question

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

化學鍵	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，具有廣泛的開發和應用前景。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
寫出液態甲醇完全燃燒生成二氧化碳和液態水的熱化學方程式：                     。
（3）可利用甲醇燃燒反應設計一個燃料電池。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，則鐵件應是        極（填”A”或”B”）；當鐵件的質量增重6.4g時，燃料電池中消耗氧氣的標準狀況下體積為     L。

（4）如果模擬工業上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設想用如圖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式為                  ，單位時間內通過陰離子交換膜的離子數與通過陽離子交換膜的離子數的比值為      。
②從出口D導出的溶液是   （填化學式）。

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）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以該反應的反應熱△H＝945kJ/mol＋3×436 kJ/mol－6a＝－93 kJ/mol，解得a＝391 kJ/mol。
（2）根據蓋斯定律可知，①＋②×4，即得到2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(l)，則該反應的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。由于電解質是氫氧化鉀溶液，所以正極電極反應式是O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－。
②在鐵件表面鍍銅，則鐵件應是應該做陰極，因此和電源負極相連，即鐵件應是B。鐵件的質量增重6.4g，說明析出的銅應該是6.4g，物質的量是0.1mol，轉移電子的物質的量是0.2mol，所以根據電子的得失守恒可知，消耗氧氣的物質的量是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式為4OH^－－4e^－＝2H₂O+O₂↑。由于陰極是氫離子放電，所以根據電子的得失守恒可知，單位時間內通過陰離子交換膜的離子數與通過陽離子交換膜的離子數的比值為1:2。
②由于D周圍是氫離子放電，所以產生大量的OH^－，因此從出口D導出的溶液是KOH。
點評：該題是中等難度的試題，試題貼近高考，綜合性強，注重基礎知識考查的同時，側重能力的訓練和解題方法的指導，有利于培養學生分析、歸納、總結問題的能力，也有助于提高學生的應試能力和學習效率。該題的關鍵是熟練掌握電化學原理，然后靈活運用即可。