Question

11．运用化学反应原理研究碳、氮等单质和化合物的反应有重要意义．
（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：
6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1
①上述反应中每生成1mol Fe₃O₄，转移电子的物质的量为2mol．
②已知：C（s）+2H₂O（g）=CO₂ （g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1，则反应：
3FeO（s）+H₂O （g）=Fe₃O₄ （s）+H₂ （g）的△H=+18.7kJ/mol．
（2）工业生产可以用NH₃（g）与CO₂（g）经两步反应生成尿素〔CO（NH₂）₂〕，两步反应的能量变化示意图如图1：

则NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol．
（3）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是负极 （填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O．
（4）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图2所示：
①上述生产过程的能量转化方式是ac．
a、电能转化为化学能
b、太阳能转化为电能
c、太阳能转化为化学能
d、化学能转化为电能
②上述电解反应在温度小于 900℃时进行，碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，阴极反应式为3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-，则阳极的电极反应式为2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和反应生成的Fe₃O₄计算电子转移；
②根据盖斯定律计算反应热；
（2）由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的；
（3）在燃料电池中，燃料做负极发生氧化反应，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O；
（4）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程；
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应．

解答 解：（1）①6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（g）△H=-76.0KJ•mol^-1该反应中每生成1molFe₃O₄，反应的二氧化碳物质的量为0.5mol，1mol二氧化碳反应转移电子4mol，0.5mol二氧化碳反应转移电子2mol，所以转移电子的物质的量2mol，
故答案为：2；
②6FeO（s）+CO₂（g）=2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^-1，
C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^-1，
两热化学方程式相加除以2得：3FeO（s）+H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=（-76.0kJ/mol+113.4kJ/mol）÷2=+18.7kJ/mol，
故答案为：+18.7kJ/mol；
（2）由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的，将两个反应相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（3）在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O，
故答案为：负极；2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O；
（4）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程，
故答案为：ac；
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，电极反应为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，
故答案为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑．

点评 本题考查热化学方程式书写、氧化还原反应和电极反应式的书写等知识点，题目难度中等，掌握盖斯定律、氧化还原反应原理、电极反应式的书写是关键．