Question

【題目】化學(xué)變化中伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，在理論研究和生產(chǎn)生活中有很重要的作用。

Ⅰ．催化劑是化工技術(shù)的核心，絕大多數(shù)的化工生產(chǎn)均需采用催化工藝。

（1）人們常用催化劑來(lái)選擇反應(yīng)進(jìn)行的方向．圖1所示為一定條件下1 mol CH3OH 與O2發(fā)生反應(yīng)時(shí)．生成CO、CO2或HCHO的能量變化圖[反應(yīng)物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成________（填“CO”、“CO2”或“HCHO”）；2HCHO(g)+O2(g)=2CO(g)+2H2O(g) △H=________。

Ⅱ．第三代混合動(dòng)力車(chē)，可以用電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)或二者結(jié)合推動(dòng)車(chē)輛。汽車(chē)上坡或加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供推動(dòng)力,降低汽油的消耗；在剎車(chē)或下坡時(shí)，電池處于充電狀態(tài)。

（2）混合動(dòng)力車(chē)的內(nèi)燃機(jī)以汽油為燃料，汽油（以辛烷C8H18計(jì)）和氧氣充分反應(yīng)，生成1 mol 水蒸氣放熱550kJ；若1 g水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放熱2.5kJ，則辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_____________。

（3）混合動(dòng)力車(chē)目前一般使用鎳氫電池，該電池中鎳的化合物為正極，儲(chǔ)氫金屬（以M表示）為負(fù)極，堿液（主要為KOH）為電解質(zhì)溶液。鎳氫電池充放電原理示意如圖，其總反應(yīng)式為： H2+2NiOOH2Ni(OH)2。

根據(jù)所給信息判斷，混合動(dòng)力車(chē)上坡或加速時(shí)．乙電極周?chē)�溶液的pH______（填“增大”,“減小”或“不變”），該電極的電極反應(yīng)式為_______________。

（4）遠(yuǎn)洋輪船的鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學(xué)有腐蝕中的______腐蝕。為防止這種腐蝕，通常把船體與浸在海水里的Zn塊相連，或與像鉛酸蓄電池這樣的直流電源的______（填“正”或“負(fù)”）極相連。

Ⅲ．A、B、C三種強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)谒�中電離出的離子如表所示：

陽(yáng)離子	Ag＋ Na＋
陰離子	NO3－ SO42 － Cl－

如圖1所示的裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放足量的A、B、C三種溶液。電極均為石墨電極。接通電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了27克。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間t的關(guān)系圖如圖2所示。據(jù)此回答下列問(wèn)題：

（5）M為電源的______極(填寫(xiě)“正”或“負(fù)”)，甲為__________(填寫(xiě)化學(xué)式)。

（6）計(jì)算電極f上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積_________。

（7）寫(xiě)出乙燒杯中的電解池反應(yīng)______________________。

（8）若電解后甲溶液的體積為25 L，則該溶液的pH為_______。

（9）要使丙恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，應(yīng)加入_______g______。(填寫(xiě)化學(xué)式)

Answer 1

【答案】HCHO -470kJ/molC8H18(l)+ O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5355kJ/mol增大NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-吸氧負(fù)負(fù)NaCl1.4L4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3122.25H2O

【解析】

I.（1）活化能越低，普通分子越易轉(zhuǎn)化為活化分子，反應(yīng)越易發(fā)生。根據(jù)圖表，反應(yīng)2HCHO（g）+O2（g）=2CO（g）+2H2O（g）中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，結(jié)合圖表數(shù)據(jù)計(jì)算。

II.（2）根據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)、反應(yīng)中能量的變化、燃燒熱的概念、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)的注意事項(xiàng)書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式。

（3）汽車(chē)上坡或加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供推動(dòng)力，二次電池處于放電狀態(tài)，根據(jù)電池總反應(yīng)和電解質(zhì)溶液書(shū)寫(xiě)乙電極的電極反應(yīng)式。

（4）海水不呈強(qiáng)酸性，鋼鐵在海水中易發(fā)生吸氧腐蝕。防止金屬腐蝕的電化學(xué)保護(hù)法有：犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。

III.根據(jù)放電順序和乙中c電極的質(zhì)量增加判斷電極名稱，根據(jù)電解時(shí)溶液pH與時(shí)間的關(guān)系確定各電解質(zhì)溶液的組成，應(yīng)用電子守恒和原子守恒進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

I.（1）根據(jù)圖像，在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)生成HCHO的活化能<CH3OH與O2反應(yīng)生成CO、CO2的活化能，在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成HCHO。根據(jù)圖示HCHO（g）與O2反應(yīng)生成CO（g）和H2O（g）的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，1molHCHO反應(yīng)放出（676-158-283）kJ=235kJ的能量，則2molHCHO反應(yīng)放出235kJ×2=470kJ能量，反應(yīng)2HCHO（g）+O2（g）=2CO（g）+2H2O（g）ΔH=-470kJ/mol。

II.（2）1molC8H18和O2充分反應(yīng)生成9molH2O（g），1molC8H18和O2充分反應(yīng)生成9molH2O（g）放熱9×550kJ=4950kJ；9molH2O（g）轉(zhuǎn)化為9molH2O（l）放熱9mol×18g/mol×2.5kJ/g=405kJ，1molC8H18和O2充分反應(yīng)生成9molH2O（l）放熱4950kJ+405kJ=5355kJ，辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為C8H18（l）+O2（g）=8CO2（g）+9H2O（l）ΔH=-5355kJ/mol。

（3）汽車(chē)上坡或加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供推動(dòng)力，二次電池處于放電狀態(tài)，此時(shí)電池反應(yīng)為H2+2NiOOH=2Ni（OH）2，乙電極上的反應(yīng)為NiOOH→Ni（OH）2，Ni的化合價(jià)由+3價(jià)降至+2價(jià)，乙電極的電極反應(yīng)式為NiOOH+e-+H2O=Ni（OH）2+OH-，由于生成OH-，乙電極周?chē)�溶液�?/span>pH增大。

（4）海水不呈強(qiáng)酸性，遠(yuǎn)洋輪船的鋼鐵船體在海水中易發(fā)生吸氧腐蝕。防止金屬腐蝕的電化學(xué)保護(hù)法有：犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法，把船體與浸在海水里的Zn塊相連為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，為了防止船體的腐蝕，也可以用外加電流的陰極保護(hù)法，將船體與像鉛酸蓄電池的直流電源的負(fù)極相連。

III.陽(yáng)離子的放電順序?yàn)?/span>Ag+>H+>Na+，接通電源經(jīng)一段時(shí)間后，乙中c電極質(zhì)量增加了27g，c電極上析出Ag且析出Ag的物質(zhì)的量為n（Ag）==0.25mol，c電極的電極反應(yīng)式為Ag++e-=Ag，則電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量為0.25mol，c電極為陰極，d電極為陽(yáng)極，Ag+與SO42-、Cl-不能大量共存，乙中盛放的是AgNO3溶液；甲燒杯中溶液的pH隨著時(shí)間的推移而增大，甲中盛放的是NaCl溶液；丙燒杯中溶液的pH隨著時(shí)間的推移不變，丙中盛放的是NaNO3或Na2SO4溶液。

（5）c電極為陰極，c與直流電源的M相連，M為電源的負(fù)極，N為電源的正極。甲燒杯中溶液的pH隨著時(shí)間的推移而增大，甲為NaCl。

（6）電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量為0.25mol；f與N相連，f為陽(yáng)極，f電極的電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O，f電極上產(chǎn)生O2物質(zhì)的量為n（e-）=0.0625mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.0625mol×22.4L/mol=1.4L。

（7）乙燒杯中電解AgNO3溶液生成Ag、O2和HNO3，電解的總反應(yīng)為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。

（8）甲燒杯中陰極電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量為0.25mol，反應(yīng)生成的OH-物質(zhì)的量為n（OH-）=n（e-）=0.25mol，c（OH-）=0.25mol÷25L=0.01mol/L，則c（H+）=1×10-12mol/L，該溶液的pH=-lgc（H+）=12。

（9）丙中電解總反應(yīng)為2H2O2H2↑+O2↑~4e-，電路中通過(guò)的電子物質(zhì)的量為0.25mol，電解過(guò)程中消耗H2O的物質(zhì)的量n（H2O）=n（e-）=0.125mol，消耗水的質(zhì)量為0.125mol×18g/mol=2.25g；丙中本質(zhì)上是電解水，要使丙恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)應(yīng)加入2.25g的H2O。