Question

5．科學(xué)家認(rèn)為，氫氣是一種高效而無污染的理想能源，近20年來，對以氫氣作為未來的動力燃料氫能源的研究獲得了迅速發(fā)展．
（1）為了有效發(fā)展民用氫能源，首先必須制得廉價的氫氣，下列可供開發(fā)又較經(jīng)濟(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣的方法是C．（選填字母）
A．電解水   B．鋅和稀硫酸反應(yīng)    C．光解海水    D．分解天然氣
（2）用水分解獲得氫氣的能量變化如圖1所示，表示使用催化劑是曲線b．該反應(yīng)為吸熱（放熱還是吸熱）反應(yīng)．

（3）1g的氫氣完全燃燒生成液態(tài)水釋放出142.9kJ的熱量，寫出其完全燃燒的熱化學(xué)方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1 ．
（4）氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行圖2所示實(shí)驗(yàn)：
①氫氧燃料電池中，正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②圖2裝置中，某一銅電極的質(zhì)量減輕6.4g，則a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.12L．

Answer 1

分析 （1）開發(fā)較經(jīng)濟(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣方法，消耗能源越少越好；
（2）催化劑能降低反應(yīng)活化能，當(dāng)反應(yīng)物總能量大于生成物總能量時，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物總能量小于生成物總能量時，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（3）1g氫氣的物質(zhì)的量為0.5mol，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水釋放出142.9kJ的熱量，則2mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ，據(jù)此書寫其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（4）①氫氧燃料電池中，氧氣在正極得電子生成氫氧根離子；
②銅電極質(zhì)量減輕6.4g，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算消耗氧氣體積；

解答 解：（1）開發(fā)較經(jīng)濟(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣方法，消耗能源越少越好，
A．電解水浪費(fèi)能源，所以該方法不好，故不選；
B．鋅、稀硫酸價格較高，不經(jīng)濟(jì)，所以該方法不好，故不選；
C．光解海水能源消耗低，經(jīng)濟(jì)，該方法好，故選；
D．分解天然氣浪費(fèi)能源，所以該方法不好，故不選；
故選C；
（2）催化劑能降低反應(yīng)活化能，所以b曲線使用催化劑，根據(jù)反應(yīng)物和生成物總能量相對大小知，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，
故答案為：b；吸熱；
（3）1g氫氣的物質(zhì)的量為0.5mol，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水釋放出142.9kJ的熱量，則2mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量=$\frac{142.9kJ}{0.5mol}$=571.6 kJ，該熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1 ，故答案為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ•mol^-1 ；
（4）①氫氧燃料電池中，氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②銅電極質(zhì)量減輕6.4g，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$×2=0.2mol，通入氧氣的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等得，
設(shè)通入氧氣體積為V，
O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
22.4L          4mol
V              0.2mol
$\frac{22.4L}{V}$=$\frac{4}{0.2}$，
解得V=1.12L，
故答案為：1.12L．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及原電池和電解池原理、燃燒熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、催化劑的作用等知識點(diǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行電解池、原電池反應(yīng)的計(jì)算，知道催化劑能改變活化能，但不改變反應(yīng)熱，題目難度不大．