Question

16．化學與人類生產和生活中密切相關，掌握有關的化學基礎知識可以改善我們的生活．
【I】日常生活中使用的各種電池就是利用化學反應將化學能轉化為電能，各種各樣的電池的發(fā)展是化學對人類的一項重大貢獻．請回答下列有關化學電源的問題：
（1）下列有關電池的敘述中正確的是C．
A．鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細
B．氫氧燃料電池可將熱能直接轉變?yōu)殡娔?br />C．甲烷燃料電池工作時甲烷在負極被氧化
D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅
（2）鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過．下列敘述正確的是CD
A．銅電極上發(fā)生氧化反應
B．電池工作一段時間后，甲池的c（SO₄^2-）減小
C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加
D．甲池中的陽離子向乙池移動，保持溶液中電荷平衡
（3）航天技術上使用的氫一氧燃料電池具有高能、輕便和不污染環(huán)境等優(yōu)點．氫一氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的電池總反應式都可表示為2H₂+O₂=2H₂O．酸式氫一氧燃料電池的電解質是酸，放電時其正極的電極反應可表示為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，放電一段時間后電解質溶液的酸性將減弱（填“增強”、“減弱”、“不變”）．
【II】根據已學知識回答下列問題：
（4）已知拆開1mol H-H鍵，1mol N-H鍵，1mol N≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N₂與H₂反應生成NH₃的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1．
（5）用高鐵酸鉀和鋅制成的高鐵堿性電池，能儲存比普通堿性電池多50%的電能，己知該電池的總反應為2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，則負極的電極反應為Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）鋅錳干電池碳棒不發(fā)生變化，氫氧燃料電池可將化學能直接轉變?yōu)殡娔�，甲烷燃料電池工作時甲烷在負極失去電子被氧化，太陽能電池的主要材料是高純度的硅；
（2）由圖象可知，該原電池反應式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，Zn發(fā)生氧化反應，為負極，Cu電極上發(fā)生還原反應，為正極，陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，兩池溶液中硫酸根濃度不變，隨反應進行，甲池中的Zn²⁺通過陽離子交換膜進入乙池，以保持溶液呈電中性，進入乙池的Zn²⁺與放電的Cu²⁺的物質的量相等，而Zn的摩爾質量大于Cu，故乙池溶液總質量增大；
（3）酸性氫氧燃料電池在正極上放電的是氧氣，電極反應式：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；堿性氫氧燃料電池在負極放電的是氫氣，負極反應式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
Ⅱ（4）化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，根據方程式計算分別吸收和放出的能量，以此計算反應熱并判斷吸熱還是放熱；
（5）負極鋅被氧化．

解答 解：Ⅰ（1）A．鋅錳干電池碳棒不發(fā)生變化，起到導電作用，故A錯誤；    
B．氫氧燃料電池可將化學能直接轉變?yōu)殡娔�，故B錯誤；
C．甲烷燃料電池工作時甲烷在負極被氧化，氧氣為正極，故C正確；
D．太陽能電池的主要材料是高純度的硅，故D錯誤．
故答案為：C；
（2）A．由圖象可知，該原電池反應式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，Zn為負極，發(fā)生氧化反應，Cu為正極，發(fā)生還原反應，故A錯誤；
B．陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，故兩池中c（SO₄^2-）不變，故B錯誤；
C．甲池中的Zn²⁺通過陽離子交換膜進入乙池，乙池中發(fā)生反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，保持溶液呈電中性，進入乙池的Zn²⁺與放電的Cu²⁺的物質的量相等，而Zn的摩爾質量大于Cu，故乙池溶液總質量增大，故C正確；
D．甲池中的Zn²⁺通過陽離子交換膜進入乙池，以保持溶液電荷守恒，乙池消耗銅，溶液質量增大，故D正確，
故答案為：CD；
（3）氫氧燃料電池無論是酸性還是堿式性，其電池總反應均為：2H₂+O₂=2H₂O ①，酸性氫氧燃料電池負極電極反應式為：2H₂-4e^-=4H⁺②，用（①-②）即得酸性氫氧燃料電池的正極反應：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，溶液體積增大，氫離子濃度減小，酸性減弱，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；減弱；
Ⅱ（4）在反應N₂+3H₂?2NH₃中，斷裂3molH-H鍵，1mol N三N鍵共吸收的能量為：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H鍵，放出的能量為：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，該反應為放熱反應，放出的熱量為：2346kJ-2254kJ=92kJ，即N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1；
（5）由總方程式可知負極鋅被氧化生成氧化鋅，電極方程式為Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O，
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O．

點評 本題綜合考查對電化學以及元素化合物知識，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力和元素化合物知識的理解和運用的考查，注意把握物質的性質和應用，注意相關基礎知識的積累，把握原電池、電解池的工作原理、熱化學方程式的書寫，難度中等．