Question

(15分)能源的開發(fā)、利用與人類社會的可持續(xù)發(fā)展息息相關，怎樣充分利用好能源是擺在人類面前的重大課題。

I．已知：Fe₂O₃(s)+3C(石墨) =2Fe(s)+3CO(g)  △H=akJ·mol^-1

CO(g)+1／2O₂(g)= CO₂(g)  △H=bkJ·mol^-1

C(石墨)+O₂(g)=CO₂(g)  △H=ckJ·mol^-1

則反應：4Fe(s)+3O₂(g)= 2Fe₂O₃(s)的焓變△H=        kJ·mol^-1。

Ⅱ．（1）依據原電池的構成原理，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是      (填序號)。

A．C(s)+CO₂(g)=2CO(g)

B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H₂O(l)

C．2H₂O(l)= 2H₂(g)+O₂(g)

D．CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)

若以KOH溶液為電解質溶液，依據所選反應可以設計成一個原電池，請寫出該原電池的電極反應。

負極：                                                 ，

正極：                                                 。

（2）二氧化氯(ClO₂)是一種高效安全的自來水消毒劑。ClO₂是一種黃綠色氣體，易溶于水。實驗室以NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂為原料制備ClO₂流程如下：

已知：電解過程中發(fā)生的反應為：

NH₄Cl+2HClNCl₃+3H₂↑；假設NCl₃中氮元素為+3價。

①寫出電解時陰極的電極反應式                                             。

②在陽極上放電的物質(或離子)是            。

③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是          (填序號)

A．生石灰       B．堿石灰       C．濃H₂SO₄       D．水

④在生產過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗        mol NCl₃。

 

Answer 1

【答案】

Ⅰ、6（c－b）－2a（2分）；

Ⅱ、（1）D（2分），CH₄－8e^－+10OH^－=CO₃^2－+7H₂O（2分）；O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－（2分）；

（2）①2H^＋+2e^－=H₂↑（2分）；②NH₄Cl（NH₄^＋）（2分）；③C（1分）；④mol（2分）。

【解析】

試題分析：Ⅰ、①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=akJ•mol^-1

②CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=bkJ•mol^-1

③C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H=ckJ•mol^-1

依據蓋斯定律（③-②）×6-①×2得到4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=6（c－b）－2a  kJ•mol^-1

Ⅱ、（1）設計成原電池需要是自發(fā)進行的氧化還原反應；

A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）是非自發(fā)進行的氧化還原反應，故A不選；

B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l），反應是復分解反應，不是氧化還原反應，故B不選；

C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g），反應是非自發(fā)進行的氧化還原反應，故C不選；

D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），是自發(fā)進行的氧化還原反應，可以設計成原電池；故D選；

D反應是甲烷燃料電池，在堿溶液中甲烷燃料電池中燃料在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應；

負極電極反應為：CH₄-8e^－+10OH^－=CO₃^2－+7H₂O；

正極電極反應為：O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－；

（2）NH₄Cl+2HClNCl₃+3H₂↑；假設NCl₃中氮元素為+3價．

①電解時陰極上是氫離子得到電子生成氫氣，陰極的電極反應式為：2H^＋+2e^－=H₂↑；

②電解時陽極上是銨根離子失去電子生成氫氣，故答案為：NH₄Cl（NH₄^＋）；

③A、ClO₂易溶于水，不能利用碳酸鈉溶液吸收氨氣，故A錯誤；

B、堿石灰不能吸收氨氣，故B錯誤；

C、濃硫酸可以吸收氨氣，且不影響ClO₂，故C正確；

D、ClO₂易溶于水，不能利用水吸收氨氣，故D錯誤；

故選：C；

④NCl₃與NaClO₂恰好反應生成ClO₂，還生成氯化鈉、NaOH，結合電子守恒可知，Cl元素的化合價升高，則N元素化合價降低，還生成氨氣，則該反應的離子反應為NCl₃+3H₂O+6ClO₂^－=6ClO₂↑+3Cl^－+3OH^－+NH₃↑，生產過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗mol，故答案為：mol。

考點：考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池、電解池原理的分析判斷，和電極反應書寫方法，氧化還原反應計算的分析判斷。