Question

14．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)；氫氣也是重要的化工原料．
（1）納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣發(fā)生反應(yīng)：
2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1，不同時段產(chǎn)生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡過程中至少需要吸收光能為0.968kJ（保留三位小數(shù)）．
（2）氫氣是合成氨工業(yè)的原料，合成塔中每產(chǎn)生2mol NH₃，放出92.2kJ熱量．已知：則1mol N-H鍵斷裂吸收的能量約等于391　kJ．
（3）已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/molN₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol則H₂還原NO₂生成水蒸氣和氮?dú)夥磻?yīng)的熱化學(xué)方程式是4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol放電充電
（4）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池．氫鎳電池的總反應(yīng)式是 H₂+2NiO（OH）?2Ni（OH）₂．請由總反應(yīng)式回答：
①電解質(zhì)溶液應(yīng)該是堿溶液（選填酸溶液、堿溶液），
②電池放電時，負(fù)極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
③外電路中每通過0.2N_A個電子時，H₂的質(zhì)量理論上減小0.2g，
④電池工作時，電子由負(fù)極通過外電路流向正極（選填正、負(fù)）．

Answer 1

分析 （1）上述反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡時，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式計算；
（2）依據(jù)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的能量計算得到；
（3）根據(jù)蓋斯定律可以根據(jù)已知反應(yīng)的焓變計算未知反應(yīng)的焓變；
（4）①由電極反應(yīng)的產(chǎn)物可知，電解質(zhì)溶液應(yīng)該是堿溶液，酸性溶液中Ni（OH）₂不能穩(wěn)定存在；
②電池放電時，負(fù)極氫氣氧化反應(yīng)，化合價升高，反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③外電路中每通過0.2N_A個電子時，所以消耗氫氣0.1mol，則消耗H₂的質(zhì)量理論上減小0.1×2g=0.2g；
④電池工作時，電子由負(fù)極極通過外電路流向正極．

解答 解：（1）上述反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，達(dá)平衡時，生成氧氣0.002mol，至少需要吸收的光能為0.002mol×484kJ•mol^-1=0.968kJ，
故答案為：化學(xué)；0.968；
（2）3H₂+N₂?2NH₃，反應(yīng)焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的能量=3×436+945.8-6×N-H鍵鍵能=-92.2，N-H鍵鍵能=391KJ，故答案為：391　kJ；
（3）
已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol，
反應(yīng)4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4 H₂O（g）可以是①×2-②得到，所以4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4 H₂ O（g）△H=（-483.6kJ/mol）×2-67.7kJ/mol=-1034.9 kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9 kJ/mol；
（4）（4）①由電極反應(yīng)的產(chǎn)物可知，電解質(zhì)溶液應(yīng)該是堿溶液，酸性溶液中Ni（OH）₂不能穩(wěn)定存在；
②電池放電時，負(fù)極氫氣氧化反應(yīng)，化合價升高，反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③外電路中每通過0.2N_A個電子時，所以消耗氫氣0.1mol，則消耗H₂的質(zhì)量理論上減小0.1×2g=0.2g；
④電池工作時，電子由負(fù)極極通過外電路流向正極，故答案為：①堿溶液；②H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O； ③0.2；④負(fù)、正．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)能與熱能關(guān)系分析判斷，焓變計算應(yīng)用和電化學(xué)知識，熱化學(xué)方程式書寫等知識，題目難度中等．