Question

Ⅰ.如图是旺旺同学设计的一个简易的原电池装置，请回答下列问题。

(1)若 a电极材料为碳、b溶液为 FeCl₃溶液，则正极的电极反应式为____，当有1.6g负极材料溶解时，转移的电子为____mol；

(2)若 a 电极材料为铁、b溶液为浓硝酸，电流表的指针也会偏转，则电子的流向为______→ __________（填电极材料，下同），溶液中的NO₃^-向________极移动；

(3)氢氧燃料电池已用于航天飞机。这种电池以30%KOH溶液为电解质溶液，供电时总反应为：2H₂+O₂=2H₂O，则正极的电极方程式为________________。

Ⅱ．已知H-H 键、N-H 键、N≡N 键的键能分别为 436kJ/mol、391kJ/mol、946 kJ/mol，关于工业合成氨的反应，请根据键能的数据判断下列问题：

(4)若有 1 mol NH₃生成 ，可________(填“吸收”或“放出”）热量________kJ；该反应的能量变化可用图__________表示。（填“甲“或“乙”）

Answer

Fe3++e-=Fe2+ 0.05 铜(Cu) 铁(Fe) 铜(Cu) 2H2O+O2+4e-=4OH- 放出 46 甲

【解析】

(1)若a电极材料为碳、b溶液为 FeCl3溶液，Cu为负极，C为正极，正极上发生还原反应；根据Cu为+2价金属，每1molCu反应，转移2mol电子计算；

(2)若a电极材料为铁、另一个电极为Cu，由于Fe遇浓硝酸会发生钝化现象，所以b溶液为浓硝酸，Fe为正极，Cu为负极，电子由负极流向正极；阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；

(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中，正极上O2获得电子变为OH-；

(4)反应热为断键吸收热量与成键放出热量的差值，根据热量变化判断反应热，并结合放热反应反应物的能量比生成物的能量高；吸热反应反应物的能量比生成物的能量低判断。

(1)若a电极材料为碳、b溶液为 FeCl3溶液，则由于电极活动性Cu>C，Cu为负极，C为正极，正极上发生还原反应，溶液中的Fe3+获得电子，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+；由于Cu为+2价金属，每1molCu反应，转移2mol电子计算，n(Cu)=1.6g÷64g/mol=0.025mol，所以电子转移的物质的量为n(e-)=2n(Cu)=0.05mol；

(2)若a电极材料为铁、另一个电极为Cu，b溶液为浓硝酸，由于Fe遇浓硝酸会发生钝化现象，所以Fe为正极，Cu为负极，电子由负极Cu流向正极Fe；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以阴离子NO3-向正电荷较多负极Cu电极移动，阳离子向正极Fe电极移动；

(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中，正极上O2获得电子变为OH-，电极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-；

(4)由于H-H 键、N-H 键、N≡N 键的键能分别为 436kJ/mol、391kJ/mol、946 kJ/mol，N2与H2反应产生NH3的热化学方程式为N2(g)+H2(g)NH3(g) △H=946kJ/mol× +436kJ/mol×-391kJ/mol×3=-46 kJ/mol，说明若有 1 mol NH3生成 ，可放出热量46kJ；反应为放热反应，说明反应物的能量比生成物的能量高，因此该反应的能量变化可用图甲表示。