Question

【題目】I． 氫氣是一種常用的化工原料，應(yīng)用十分廣泛。

（1）以H2合成尿素CO(NH2)2的有關(guān)熱化學(xué)方程式有：

①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

②NH3(g)＋1/2CO2(g)===1/2NH2CO2NH4(s) ΔH2＝－79.7 kJ·mol－1

③NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH3＝＋72.5 kJ·mol－1

則N2(g)、H2(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式為_______________________________________________________。

II．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一組電化學(xué)裝置如下圖所示，其中乙裝置中X為陽離子交換膜，甲醇(CH3OH)具有可燃性。

根據(jù)要求回答相關(guān)問題：

（2）寫出裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式：_______________________________________。

（3）裝置乙中石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為：_________________________________。

（4）當(dāng)裝置甲中消耗0.05molO2時(shí)，丙裝置中陽極產(chǎn)生氣體的體積___________L(標(biāo)況下)；裝置乙中溶液的pH為___________（溶液體積為200mL不變），要使乙燒杯中的溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要加入的物質(zhì)是___________。

Answer 1

【答案】N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　 ΔH＝－179.3 kJ·mol－1 CH3OH -6e+8OH═CO32+6H2O 2Cl ﹣2e=Cl2↑ 1.68 14 HCl

【解析】

I．根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

II．甲裝置是燃料電池，甲醇在負(fù)極通入，氧氣在正極通入，乙和丙裝置是電解池，乙中碳棒是陽極，鐵電極是陰極，丙中左側(cè)碳棒是陽極，右側(cè)碳棒在陰極，結(jié)合離子的放電順序、電子得失守恒分析解答。

I．（1）已知：

①N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g) ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

②NH3(g)＋1/2CO2(g)＝1/2NH2CO2NH4(s) ΔH2＝－79.7 kJ·mol－1

③NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH3＝＋72.5 kJ·mol－1

則根據(jù)蓋斯定律可知①+②×2+③即得到N2(g)、H2(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式為N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－179.3 kJ·mol－1。

II．（2）燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)為CH3OH-6e－+8OH－＝CO32－+6H2O；

（3）乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負(fù)極，所以是陰極，則石墨電極是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為2Cl――2e－＝Cl2↑；

（4）當(dāng)裝置甲中消耗0.05molO2時(shí)，由電極方程式O2+2H2O+4e-＝4OH-可知轉(zhuǎn)移0.2mol電子，裝置丙中陽極電極反應(yīng)為：2Cl――2e－＝Cl2↑，4OH--4e-＝2H2O+O2↑，氯化銅物質(zhì)的量=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n（Cl-）=0.1mol，生成氯氣電子轉(zhuǎn)移0.1mol，生成氯氣物質(zhì)的量0.05mol，則氫氧根離子電解反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移0.1mol，生成氧氣0.025mol，生成氣體物質(zhì)的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；裝置乙中陰極發(fā)生2H2O+2e-＝H2+2OH-，可知生成0.2molOH-，溶液體積為200mL，則c（OH-）=1mol/L，所以pH=14，電解飽和氯化鈉溶液生成氫氣和氯氣，要使乙燒杯中的溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要加入的物質(zhì)是HCl。