Question

【題目】氫氣是一種常用的化工原料，如合成氨和尿素[CO(NH2)2]等。

（1）以H2合成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)＋CO2(g)=== NH2CO2NH4(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_______________________________________________________。

（2）電解制H2的原理為C(s)＋2H2O(l) CO2(g)＋2H2(g)。某學(xué)習(xí)小組擬以二甲醚(CH3OCH3)－空氣堿性燃料電池為電源，電解煤漿液(由煤粉與稀硫酸組成)探究上述原理，裝置如圖所示。

①分別寫出電極C1和C3的電極反應(yīng)式__________________；___________________。

②離子交換膜可能是________(填字母)。

a．陽離子交換膜 b．陰離子交換膜　 c．質(zhì)子交換膜

③已知4.6 g二甲醚參與反應(yīng)，假設(shè)裝置Ⅰ的能量轉(zhuǎn)化率為100%，C4極收集到11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，裝置Ⅱ的電流效率η＝________。

Answer 1

【答案】 N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－179.3 kJ·mol－1 CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O C－4e－＋2H2O===CO2↑＋4H＋ ac 83.3%

【解析】（1）已知：①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

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

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

根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2+③得反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH=ΔH1+ΔH2×2+ΔH3=－92.4 kJ·mol－1－79.7 kJ·mol－1×2+72.5 kJ·mol－1=－179.3 kJ·mol－1；（2）①燃料電池中二甲醚(CH3OCH3)的一極為電池的負(fù)極，二甲醚在堿性條件下失電子產(chǎn)生碳酸根離子，故電極C1的電極反應(yīng)式為CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O；C2為電池的正極，連接正極的C3為電解池的陽極，根據(jù)電解制H2的原理C(s)＋2H2O(l) CO2(g)＋2H2(g)可知，C3電極電解煤漿液(由煤粉與稀硫酸組成)碳失電子產(chǎn)生二氧化碳，電極反應(yīng)式為C－4e－＋2H2O===CO2↑＋4H＋；②離子交換膜是允許氫離子通過，保證產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳分開，故可能是陽離子交換膜或質(zhì)子交換膜，答案選ac；③裝置Ⅰ中負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O，n(CH3OCH3)= ，裝置Ⅰ向裝置Ⅱ提供的電子的物質(zhì)的量為；n(H2)= ，生成0.5mol氫氣需要電子的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)電流效率定義，裝置Ⅱ的電流效率η＝。