Question

(15分)能源的开发、利用与人类社会的可持续发展息息相关，怎样充分利用好能源是摆在人类面前的重大课题。

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

则反应：4Fe(s)+3O₂(g)= 2Fe₂O₃(s)的焓变△H=        kJ·mol^-1。

Ⅱ．（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是      (填序号)。

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溶液为电解质溶液，依据所选反应可以设计成一个原电池，请写出该原电池的电极反应。

负极：                                                 ，

正极：                                                 。

（2）二氧化氯(ClO₂)是一种高效安全的自来水消毒剂。ClO₂是一种黄绿色气体，易溶于水。实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂为原料制备ClO₂流程如下：

已知：电解过程中发生的反应为：

NH₄Cl+2HClNCl₃+3H₂↑；假设NCl₃中氮元素为+3价。

①写出电解时阴极的电极反应式                                             。

②在阳极上放电的物质(或离子)是            。

③除去ClO₂中的NH₃可选用的试剂是          (填序号)

A．生石灰       B．碱石灰       C．浓H₂SO₄       D．水

④在生产过程中，每生成1mol ClO₂，需消耗        mol NCl₃。

Answer

Ⅰ、6（c－b）－2a（2分）；

Ⅱ、（1）D（2分），CH4－8e－+10OH－=CO32－+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】

试题分析：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

依据盖斯定律（③-②）×6-①×2得到4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）△H=6（c－b）－2a  kJ•mol-1

Ⅱ、（1）设计成原电池需要是自发进行的氧化还原反应；

A．C（s）+CO2（g）=2CO（g）是非自发进行的氧化还原反应，故A不选；

B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H2O（l），反应是复分解反应，不是氧化还原反应，故B不选；

C．2H2O（l）=2H2（g）+O2（g），反应是非自发进行的氧化还原反应，故C不选；

D．CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l），是自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池；故D选；

D反应是甲烷燃料电池，在碱溶液中甲烷燃料电池中燃料在负极发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；

负极电极反应为：CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O；

正极电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－；

（2）NH4Cl+2HClNCl3+3H2↑；假设NCl3中氮元素为+3价．

①电解时阴极上是氢离子得到电子生成氢气，阴极的电极反应式为：2H＋+2e－=H2↑；

②电解时阳极上是铵根离子失去电子生成氢气，故答案为：NH4Cl（NH4＋）；

③A、ClO2易溶于水，不能利用碳酸钠溶液吸收氨气，故A错误；

B、碱石灰不能吸收氨气，故B错误；

C、浓硫酸可以吸收氨气，且不影响ClO2，故C正确；

D、ClO2易溶于水，不能利用水吸收氨气，故D错误；

故选：C；

④NCl3与NaClO2恰好反应生成ClO2，还生成氯化钠、NaOH，结合电子守恒可知，Cl元素的化合价升高，则N元素化合价降低，还生成氨气，则该反应的离子反应为NCl3+3H2O+6ClO2－=6ClO2↑+3Cl－+3OH－+NH3↑，生产过程中，每生成1mol ClO2，需消耗mol，故答案为：mol。

考点：考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池、电解池原理的分析判断，和电极反应书写方法，氧化还原反应计算的分析判断。