Question

【題目】（1）理論上講，任何自發的氧化還原反應都可以設計成原電池。請利用反應“Cu＋2Fe3+=Cu2++2Fe2+”設計一個原電池（正極材料用碳棒），回答下列問題：

該電池的負極材料是___，發生___反應（填“氧化”或“還原”）；電解質溶液是___；若導線上轉移電子1mol，則被氧化的物質___克。

（2）已知拆開1molH—H鍵、1molN≡N分別需要吸收的能量為akJ、bkJ，形成1molN—H鍵需要釋放ckJ能量。且已知N2和H2合成NH3的反應是放熱反應，則生成1molNH3需要放出___的熱量。

（3）銅與一定量濃硝酸恰好完全反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，將這些氣體與1.68LO2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，若向所得硝酸銅溶液中加入6mol·L-1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液的體積是___mL。

Answer 1

【答案】Cu 氧化 FeCl3溶液 32 (3c-1.5a-0.5b)kJ 50

【解析】

(1)根據總反應式Cu＋2Fe3+=Cu2++2Fe2+，Cu發生氧化反應，所以Cu作負極，負極反應為Cu-2e-=Cu2+，用碳棒作正極，FeCl3溶液作電解質溶液，Fe3+在正極得到電子，正極反應為Fe3++e-=Fe2+，據此分析解答；

(2)根據物質結構計算斷鍵吸收和成鍵釋放的能量，進而計算反應熱；

(3)向所得硝酸銅溶液中加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，沉淀為Cu(OH)2，由電荷守恒可知，Cu提供電子物質的量等于氫氧化銅中氫氧根的物質的量，生成NO2、NO的混合氣體與1.68L O2（標準狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，縱觀整個過程，由電子轉移守恒，可知Cu提供電子等于氧氣獲得的電子，據此計算n(NaOH)，進而計算消耗氫氧化鈉溶液體積。

(1)根據上述分析可知，Cu作負極，發生氧化反應，電解質溶液為FeCl3溶液，若導線上轉移1mol電子，根據負極反應Cu-2e-=Cu2+可知，負極0.5molCu被氧化，被氧化的Cu的質量=0.5mol×64g/mol=32g，故答案為：Cu；氧化；FeCl3；32；

(2)根據化學方程式N2+3H22NH3，生成1mol的NH3時需要消耗0.5mol的N2和1.5mol的H2，因此在上述的反應過程中斷裂0.5mollN≡N鍵和1.5molH—H鍵，共吸收熱量為0.5bkJ+1.5akJ=(0.5b+1.5a)kJ，形成1molNH3中的3molN—H鍵，共放出熱量3ckJ，已知該反應為放熱反應，則反應共放出3c-(0.5b+1.5a)=(3c-1.5a-0.5b)kJ的熱量，故答案為：(3c-1.5a-0.5b)kJ；

(3)NO2、N2O4、NO混合氣體與1.68LO2（標準狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，說明整個過程中被還原的HNO3反應前后沒有變化，即Cu失去的電子都被O2得到了，根據得失電子守恒建立關系式：n(Cu)×2=n(O2)×4，解得n(Cu)=0.075mol×2=0.15mol，根據Cu原子個數守恒可知Cu(NO3)2為0.15mol；根據 Cu2+—2OH-得NaOH為0.15mol×2=0.3mol，則NaOH溶液的體積V為0.3mol/6mol·L-1=50mL，故答案為：50。