Question

10．科學(xué)家認(rèn)為氫氣是一種高效且無污染的理想能源，近20年來，以氫氣為未來的動力燃料的研究獲得了迅速發(fā)展．
（1）氫氣是一種理想的“綠色能源”，如圖1為氫能產(chǎn)生于利用的途徑．
圖1中4個過程中能量轉(zhuǎn)化形式有D．
A.2種   B.3種   C.4種   D.4種以上
氫氧燃料電池若用NaOH溶液做電解質(zhì)溶液，負(fù)極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，若電解質(zhì)溶液采用稀硫酸，則正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．
（2）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g），反應(yīng)過程中能量變化如圖所示，則圖中a、b、c均表示熱量，單位：千焦，則a、b、c代表的意義：
a：1molH₂分裂為H、0.5molO₂分裂為O時吸收的熱量：
b：由2molH和1molO形成1molH₂O（g）所放出的能量．
該反應(yīng)的△H=a-bkJ•mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）電解水可獲得氫氣，但過程要消耗大量電能，而使用微生物作催化劑在陽光下即可分解：
2H₂O（l）$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂（g）+O₂（g）△H₁
2H₂O（l）$\frac{\underline{\;光照\;}}{催化}$2H₂（g）+O₂（g）△H₂
以上反應(yīng)的△H₁=△H₂�。ㄟx填“＞“、“＜”或“=”）．
（4）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92kJ•mol^-1     O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84kJ•mol^-1  
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1    
請寫出液氫和液氧生成水的熱化學(xué)方程式：H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=-237.46kJ/mol．
（5）美國斯坦福大學(xué)研究人員最近發(fā)明一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發(fā)電．研究表明，電池的正極用二氧化錳納米棒作材料可提高發(fā)電效率，這是利用納米材料具有較強吸附能力特性，能與鈉離子充分接觸．
（6）海水中的“水”電池總反應(yīng)可表示為5MnO₂+2Ag+2NaCl═Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，該電池負(fù)極反應(yīng)式為Ag+Cl^--e^-=AgCl．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)如圖1中4個過程中能量轉(zhuǎn)化形式分析；氫氧燃料堿性電池中，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，氫氧燃料酸性電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
（2）圖象分析可知，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)實質(zhì)是斷裂化學(xué)鍵吸收的熱量減去形成化學(xué)鍵放出的熱量，所以b表示的是由2molH和1molO形成1molH₂O（g）所放出的能量；c表示的是反應(yīng)的焓變即反應(yīng)熱；
（3）根據(jù)焓變只與反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)及其系數(shù)有關(guān)來分析；
（4）由圖象可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=683.8-925.6=-241.8kJ•mol^-1，結(jié)合H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1利用蓋斯定律進行計算；
（5）納米材料具有較強的吸附性能，能加大吸附面積；
（6）原電池的負(fù)極上金屬銀失去電子發(fā)生的是氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）由如圖1中4個過程，則能量轉(zhuǎn)化形式有太陽能轉(zhuǎn)化成電能，電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，光能等，所以4個過程中能量轉(zhuǎn)化形式有4種以上；氫氧燃料堿性電池中，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；氫氧燃料酸性電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，
故答案為：D；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
（2）圖象分析可知，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)實質(zhì)是斷裂化學(xué)鍵吸收的熱量減去形成化學(xué)鍵放出的熱量，b表示的是由2mol H和1mol O形成1mol H₂O（g）所放出的能量，△H=（a-b）8kJ•mol^-1，
故答案為：由2molH和1molO形成1molH₂O（g）所放出的能量；a-b；
（3）因為焓變只與反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)及其系數(shù)有關(guān)，所以2H₂O（1）$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂（g）+O₂（g）△H₁ 2H₂O（1）$\frac{\underline{\;\;\;光照\;\;\;}}{催化劑}$2H₂（g）+O₂（g）△H₂，反應(yīng)物生成物完全相同，所以△H₁=△H₂，
故答案為：=；
（4）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
②H₂（g）═H₂（l）△H=-0.92kJ•mol^-1
③O₂（g）═O₂（l）△H=-6.84kJ•mol^-1
④H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律，①-②-③$\frac{1}{2}$+④得：H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=-237.46kJ/mol，
故答案為：H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=-237.46kJ/mol；
（5）納米材料具有較強的吸附性能，能加大吸附面積，該電池用二氧化錳納米棒為正極材料可提高發(fā)電效率，
故答案為：較強吸附能力；
（6）根據(jù)電池的總反應(yīng)：5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，失電子的是金屬銀，而原電池的負(fù)極上發(fā)生的是失電子的氧化反應(yīng)，所以負(fù)極反應(yīng)是Ag+Cl^--e^-=AgCl，
故答案為：Ag+Cl^--e^-=AgCl．

點評 本題考查了化學(xué)能與熱能、原電池及其電解池原理等知識點，根據(jù)蓋斯定律得、原電池和電解原理等知識點來分析解答，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．