Question

【题目】I． 氢气是一种常用的化工原料，应用十分广泛。

（1）以H2合成尿素CO(NH2)2的有关热化学方程式有：

①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

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

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

则N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为_______________________________________________________。

II．某同学设计了一组电化学装置如下图所示，其中乙装置中X为阳离子交换膜，甲醇(CH3OH)具有可燃性。

根据要求回答相关问题：

（2）写出装置甲中负极的电极反应式：_______________________________________。

（3）装置乙中石墨电极（C）的电极反应式为：_________________________________。

（4）当装置甲中消耗0.05molO2时，丙装置中阳极产生气体的体积___________L(标况下)；装置乙中溶液的pH为___________（溶液体积为200mL不变），要使乙烧杯中的溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质是___________。

Answer 1

【答案】N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　 ΔH＝－179.3 kJ·mol－1 CH3OH -6e+8OH═CO32+6H2O 2Cl ﹣2e=Cl2↑ 1.68 14 HCl

【解析】

I．根据盖斯定律计算；

II．甲装置是燃料电池，甲醇在负极通入，氧气在正极通入，乙和丙装置是电解池，乙中碳棒是阳极，铁电极是阴极，丙中左侧碳棒是阳极，右侧碳棒在阴极，结合离子的放电顺序、电子得失守恒分析解答。

I．（1）已知：

①N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g) ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

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

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

则根据盖斯定律可知①+②×2+③即得到N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－179.3 kJ·mol－1。

II．（2）燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为CH3OH-6e－+8OH－＝CO32－+6H2O；

（3）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl――2e－＝Cl2↑；

（4）当装置甲中消耗0.05molO2时，由电极方程式O2+2H2O+4e-＝4OH-可知转移0.2mol电子，装置丙中阳极电极反应为：2Cl――2e－＝Cl2↑，4OH--4e-＝2H2O+O2↑，氯化铜物质的量=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n（Cl-）=0.1mol，生成氯气电子转移0.1mol，生成氯气物质的量0.05mol，则氢氧根离子电解反应电子转移0.1mol，生成氧气0.025mol，生成气体物质的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，标准状况下气体体积=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；装置乙中阴极发生2H2O+2e-＝H2+2OH-，可知生成0.2molOH-，溶液体积为200mL，则c（OH-）=1mol/L，所以pH=14，电解饱和氯化钠溶液生成氢气和氯气，要使乙烧杯中的溶液恢复到原来的状态，需要加入的物质是HCl。