Question

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=

6（c-b）-2a

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

D

（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：

CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O

，
正极：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（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+2HCl

通电 .

.

NCl₃+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

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
②在阳极上放电的物质（或离子）是

NH₄Cl（NH₄⁺）

．
③除去ClO₂中的NH₃可选用的试剂是

C

 （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

1

6

mol NCl₃．

Answer 1

分析：Ⅰ、依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
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需要是自发进行的氧化还原反应；只有D符合；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；
（2）①依据电解反应中 元素化合价变化分析，元素化合价降低的在阴极发生还原反应
②依据电解反应中 元素化合价变化分析，元素化合价升高的在阳极发生氧化反应
③由信息可知，ClO₂易溶于水，所以不能利用水溶液吸收，氨气为碱性气体．据此判断；
④依据反应的两种方程式计算．

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
故答案为：6（c-b）-2a；
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^-=CO₃^2-+7H₂O；
正极电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：D，CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）NH₄Cl+2HCl

通电 .

.

NCl₃+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↑，故答案为：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+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，生产过程中，每生成1mol ClO₂，需消耗

1

6

mol，故答案为：

1

6

．

点评：本题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是解题关键，题目难度较大．