Question

9．如圖所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放100g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO₄溶液和100g 10.00%的K₂SO₄溶液，電極均為石墨電極．
接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得丙中K₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加．回答問題：
（1）電源的N端為正極；
（2）電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）丙裝置損失的質(zhì)量為4.49g（該處保留兩位有效數(shù)字）；電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.8L；
（4）電極c的質(zhì)量變化是16gg；
（5）①若該直流電源為甲烷燃料電池，電解質(zhì)溶液為KOH溶液．通入甲烷的鉑電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
②已知上述燃料電池中，每轉(zhuǎn)移1mol電子，就有 112KJ的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．寫出常溫下甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）該裝置是電解池，接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，乙中c電極質(zhì)量增加，說明c電極是電解池陰極，則d電極是陽極，連接電解池陽極的N端電極是正極；
（2）電解氫氧化鈉溶液時(shí)，陽極b上氫氧根離子放電生成氧氣；
（3）根據(jù)丙溶液中水減少的質(zhì)量結(jié)合轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算電極b上生成的氣體體積；
（4）根據(jù)丙溶液中水減少的質(zhì)量結(jié)合轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算電極c的質(zhì)量增加；
（5）①燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫熱化學(xué)方程式，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變．

解答 解：（1）該裝置是電解池，接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，乙中c電極質(zhì)量增加，說明c電極是電解池陰極，則d電極是陽極，連接電解池陽極的N端電極是正極，故答案為：正；
（2）電解氫氧化鈉溶液時(shí)，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）l00g 10.00%的K₂SO₄溶液電解一段時(shí)間后K₂SO₄濃度變?yōu)?\frac{100×10%}{10.47%}$，電解硫酸鉀溶液實(shí)際上是電解的水，所以電解水的質(zhì)量為100-$\frac{100×10%}{10.47%}$=4.49g，減少4.49g水即為0.25mol．由方程式2H₂+O₂═2H₂O可知，生成2molH₂O，轉(zhuǎn)移4mol電子，所以整個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化0.5mol電子，則電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為$\frac{0.5mol}{4}$×22.4L/mol=2.8L；故答案為：4.49g；2.8L；
（4）因?yàn)檫B接電解池陽極的N端電極是正極，則M為負(fù)極，所以c電極為析出銅，由（3）得整個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化0.5mol電子，則電極c增加的質(zhì)量=$\frac{0.5mol}{2}$×64g/mol=16g．
故答案為：16g；
（5）①甲烷燃料電池中，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②每轉(zhuǎn)移1mol電子，就有112KJ的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以1mol甲烷燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱112kJ×8=896kJ，
甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理以及物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算及其熱化學(xué)方程式的書寫，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等來分析解答即可，難度不大．