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 1

Ⅰ、6（c－b）－2a（2分）；
Ⅱ、（1）D（2分），CH₄－8e^－+10OH^－=CO₃^2－+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）。

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^－=CO₃^2－+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。