Question

（1）理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺”设计一个原电池（正极材料用碳棒），回答下列问题：

该电池的负极材料是___，发生___反应（填“氧化”或“还原”）；电解质溶液是___；若导线上转移电子1mol，则被氧化的物质___克。

（2）已知拆开1molH—H键、1molN≡N分别需要吸收的能量为akJ、bkJ，形成1molN—H键需要释放ckJ能量。且已知N₂和H₂合成NH₃的反应是放热反应，则生成1molNH₃需要放出___的热量。

（3）铜与一定量浓硝酸恰好完全反应，得到硝酸铜溶液和NO₂、N₂O₄、NO的混合气体，将这些气体与1.68LO₂(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，若向所得硝酸铜溶液中加入6mol·L^-1NaOH溶液至Cu^2＋恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液的体积是___mL。

Answer

Cu 氧化 FeCl3溶液 32 (3c-1.5a-0.5b)kJ 50

【解析】

(1)根据总反应式Cu＋2Fe3+=Cu2++2Fe2+，Cu发生氧化反应，所以Cu作负极，负极反应为Cu-2e-=Cu2+，用碳棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液，Fe3+在正极得到电子，正极反应为Fe3++e-=Fe2+，据此分析解答；

(2)根据物质结构计算断键吸收和成键释放的能量，进而计算反应热；

(3)向所得硝酸铜溶液中加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，沉淀为Cu(OH)2，由电荷守恒可知，Cu提供电子物质的量等于氢氧化铜中氢氧根的物质的量，生成NO2、NO的混合气体与1.68L O2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，纵观整个过程，由电子转移守恒，可知Cu提供电子等于氧气获得的电子，据此计算n(NaOH)，进而计算消耗氢氧化钠溶液体积。

(1)根据上述分析可知，Cu作负极，发生氧化反应，电解质溶液为FeCl3溶液，若导线上转移1mol电子，根据负极反应Cu-2e-=Cu2+可知，负极0.5molCu被氧化，被氧化的Cu的质量=0.5mol×64g/mol=32g，故答案为：Cu；氧化；FeCl3；32；

(2)根据化学方程式N2+3H22NH3，生成1mol的NH3时需要消耗0.5mol的N2和1.5mol的H2，因此在上述的反应过程中断裂0.5mollN≡N键和1.5molH—H键，共吸收热量为0.5bkJ+1.5akJ=(0.5b+1.5a)kJ，形成1molNH3中的3molN—H键，共放出热量3ckJ，已知该反应为放热反应，则反应共放出3c-(0.5b+1.5a)=(3c-1.5a-0.5b)kJ的热量，故答案为：(3c-1.5a-0.5b)kJ；

(3)NO2、N2O4、NO混合气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，说明整个过程中被还原的HNO3反应前后没有变化，即Cu失去的电子都被O2得到了，根据得失电子守恒建立关系式：n(Cu)×2=n(O2)×4，解得n(Cu)=0.075mol×2=0.15mol，根据Cu原子个数守恒可知Cu(NO3)2为0.15mol；根据 Cu2+—2OH-得NaOH为0.15mol×2=0.3mol，则NaOH溶液的体积V为0.3mol/6mol·L-1=50mL，故答案为：50。