Question

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=

6（c-b）-2a

kJ?mol^-1．
Ⅱ．（1）依據(jù)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

D

（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(jù)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：

CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O

，
正極：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（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+2HCl

通電 .

.

NCl₃+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

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
②在陽極上放電的物質（或離子）是

NH₄Cl（NH₄⁺）

．
③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是

C

 （填序號）
A．生石灰       B．堿石灰       C．濃H₂SO₄       D．水
④在生產(chǎn)過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗

1

6

mol NCl₃．

Answer 1

分析：Ⅰ、依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
Ⅱ、（1）依據(jù)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需要是自發(fā)進行的氧化還原反應；只有D符合；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；
（2）①依據(jù)電解反應中 元素化合價變化分析，元素化合價降低的在陰極發(fā)生還原反應
②依據(jù)電解反應中 元素化合價變化分析，元素化合價升高的在陽極發(fā)生氧化反應
③由信息可知，ClO₂易溶于水，所以不能利用水溶液吸收，氨氣為堿性氣體．據(jù)此判斷；
④依據(jù)反應的兩種方程式計算．

解答：解：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(jù)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
故答案為：6（c-b）-2a；
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^-；
故答案為：D，CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）NH₄Cl+2HCl

通電 .

.

NCl₃+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↑，故答案為：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+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，生產(chǎn)過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗

1

6

mol，故答案為：

1

6

．

點評：本題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是解題關鍵，題目難度較大．