Question

【題目】（1）汽車發動機工作時會引發N2和O2反應，其能量變化示意圖如下：

寫出該反應的熱化學方程式：____。

（2）科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導正極生成的O2－(O2＋4e－=2O2－)。

①c電極的名稱為___，d電極上的電極反應式為____。

②如圖2所示電解100mL0.5mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為___。若要使電解質溶液恢復到電解前的狀態，可加入___(填字母)。

a．CuO b．Cu(OH)2 c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3

（3）利用反應2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應設計為原電池，其正極電極反應式為____。

（4）人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素[CO(NH2)2]，原理如圖。

①電源的負極為____(填“A”或“B”)。

②陽極室中發生的反應依次為___。

③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將___(填“增大”“減小”或“不變”)；若兩極共收集到氣體13.44L(標準狀況)，則除去的尿素為___g(忽略氣體的溶解)。

（5）化學鍍的原理是利用化學反應生成金屬單質沉積在鍍件表面形成鍍層。

①若用銅鹽進行化學鍍銅，應選用____(填“氧化劑”或“還原劑”)與之反應。

②某化學鍍銅的反應速率隨鍍液pH變化如圖所示。該鍍銅過程中，鍍液pH控制在12.5左右。據圖中信息，給出使反應停止的方法：___。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1 正極 CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ ac O2＋4H＋＋4e－=2H2O B 2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl 不變 7.2 還原劑 調節溶液pH在8～9之間

【解析】

（1）反應物斷裂化學鍵所需要吸收的總能量減去生成物形成化學鍵釋放的總能量即為焓變；

（2）①圖1是原電池，依據電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發生還原反應，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導正極生成的O2-離子，由此可以得出電極方程式；

②圖2所示電解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，發生的電解池反應為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，溶液中氫氧根離子失去電子發生氧化反應；電解過程中CuSO4溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子；

（3）該反應中Cu元素化合價由0價變為+2價、O元素化合價由0價變為-2價，要將該反應設計成原電池，Cu作負極，正極上氧氣得電子發生還原反應，因為在酸性條件下，所以氧氣得電子和氫離子反應生成水；

（4）①由圖可知，左室電極產物為Cl2，發生氧化反應，故A為電源的正極，右室電解產物H2，發生還原反應，故B為電源的負極；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發生的反應依次為：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應為6H2O+6e-=6OH-+3H2，陽極依次發生的反應為2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH、H+的數目相等，陽極室中反應產生的H+通過質子交換膜進入陰極室與OH恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；電解收集到的13.44L氣體，物質的量為 =0.6mol，根據得失電子守恒知產生的H2、N2、CO2物質的量之比為3:1:1，則n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物質的量也為0.12mol，可以求出其質量；

（5）①要把銅從銅鹽中置換銅出來，Cu被還原，則需要加入還原劑；

②根據圖示信息，pH=8~9之間，反應速率為0，所以要使反應停止，調節溶液的pH至8~9 之間。

（1）反應物斷裂化學鍵所需要吸收的總能量減去生成物形成化學鍵釋放的總能量即為焓變：ΔH＝[(945＋498)－2×630] kJ·mol－1＝+183 kJ·mol－1，熱化學方程式為：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝+183kJ·mol－1；

（2）①圖1是原電池，依據電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發生還原反應，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導正極生成的O2-離子，負極（d極）電極反應為：CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；故答案為：正極； CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O；/p>

②圖2所示電解100mL0.5molL-1CuSO4溶液，發生的電解池反應為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，a極為陽極，溶液中氫氧根離子失去電子發生氧化反應，電極反應為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；電解過程中CuSO4溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使CuSO4溶液，恢復原濃度，應加入CuO，也可以加入CuCO3，符合恢復溶液濃度的定量關系，但不能加入Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3，因為CuCO3+H2SO4═CuSO4+CO2↑+H2O，相當于加CuO，而Cu（OH）2+H2SO4═CuSO4+2H2O、Cu2（OH）2CO3+2H2SO4═2CuSO4 +CO2↑+3H2O，除增加溶質外還增加了水，故選ac；

（3）該反應中Cu元素化合價由0價變為+2價、O元素化合價由0價變為-2價，要將該反應設計成原電池，Cu作負極，正極上氧氣得電子發生還原反應，因為在酸性條件下，所以氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為4H++O2+4e- =2H2O；

（4）①由圖可知，左室電極產物為Cl2，發生氧化反應，故A為電源的正極，右室電解產物H2，發生還原反應，故B為電源的負極，故答案為：B；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發生的反應依次為：2Cl－－2e－=Cl2↑、CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應為6H2O+6e-=6OH-+3H2，陽極依次發生的反應為2Cl-—2e-=Cl2，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl，根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH、H+的數目相等，陽極室中反應產生的H+通過質子交換膜進入陰極室與OH恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；電解收集到的13.44L氣體，物質的量為 =0.6mol，根據得失電子守恒知產生的H2、N2、CO2物質的量之比為3:1:1，則n(N2)= n(CO2)= 0.6mol×=0.12mol，可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物質的量也為0.12mol，其質量m[CO(NH2)2]=0.12mol×60gmol1=7.2g；

（5）①要把銅從銅鹽中置換銅出來，Cu被還原，則需要加入還原劑與之反應，故答案為：還原劑；

②根據圖示信息，pH=8~9之間，反應速率為0，所以要使反應停止，調節溶液的pH至8~9 之間，故答案為：調節溶液pH在8～9之間。