Question

10．能源的开发利用与人类社会的可持续发展息息相关．
（1）已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=a　kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=b　kJ•mol^-1
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H₃=c　kJ•mol^-1
则C的燃烧热△H=$\frac{2a+6b+c}{6}$kJ•mol^-1．
（2）用于发射“天宫一号”的长征二号火箭的燃料是液态偏二甲肼（CH₃）₂N-NH₂，氧化剂是液态四氧化二氮．二者在反应过程中放出大量能量，同时生成无毒、无污染的气体．已知室温下，1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，请写出该反应的热化学方程式C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol．
（3）依据原电池构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是C（填序号）．你选择的理由是该反应为氧化还原反应且放热反应．
A．C（s）+CO₂（g）═2CO（g）
B．NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）
C.2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）
D．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）　　　　
（4）若以熔融的K₂CO₃与CO₂为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂
（5）工业上常采用如图所示点解装置，利用铁的化合物将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫．通电电解，然后通入H₂S时发生反应的离子方程式为2[Fe（CN）₆]₃+2CO₃²⁺H₂S=2[Fe（CN）₄]₄+2HCO^3-+S↓．电解时，阳极的电极反应式为[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；电解过程中阴极区溶液的pH变大   （填“变大”“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，（①×2+②×6+③）÷6得，C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=$\frac{1}{6}$（2a+6b+c）kJ•mol^-1，则C的燃烧热为$\frac{2a+6b+c}{6}$kJ•mol^-1；
（2）先求出偏二甲肼的物质的量，再根据物质的量之比等于热量比求出反应热，然后写出热化学方程式；
（3）常温下属于氧化还原反应的放热反应，可设计为原电池，存在元素化合价变化的反应为氧化还原反应；
（4）以熔融的K₂CO₃与CO₂为反应的环境，负极是失电子发生氧化反应的电极；
（5）电解时阳极发生失电子的氧化反应，将[Fe（CN）₆]^4-转化为Fe（CN）₆]^3-，化合价升高；阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，以此解答．

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=b kJ•mol^-1
③4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H₃=c kJ•mol^-1
据盖斯定律，（①×2+②×6+③）÷6得：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=$\frac{1}{6}$（2a+6b+c）kJ•mol^-1，则C的燃烧热为$\frac{2a+6b+c}{6}$kJ•mol^-1，
故答案为：$\frac{2a+6b+c}{6}$；
（2）1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，则1mol偏二甲肼完全燃烧释放出的能量为42.5kJ×60=2550kJ，其热化学方程式为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol；
故答案为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol；
（3）A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0，为氧化还原反应，但为吸热反应，不能设计为原电池，故A错误；
B．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0，不属于氧化还原反应，不能设计为原电池，故B错误；
C．2C0（g）+0₂ （g）═2C0₂ （g ）反应放热，且为氧化还原反应，故可以设计成原电池，故C正确；
D.2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）为吸热反应，不能设计呈原电池，故D错误．
故答案为：C；该反应为氧化还原反应且放热反应；
（4）若为一氧化碳燃料电池，在熔融的K₂CO₃与CO₂为反应的环境中，传到离子为碳酸根离子，负极是一氧化碳失电子生成二氧化碳，电极反应为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂ ，故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂ ；
（5）电解时，阳极的电极反应式为[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-，电解时阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，由于CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-，所以碱性增强，则pH变大；
故答案为：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；变大．

点评 本题考查较为综合，涉及反应热与焓变，原电池的设计和燃料电池的电极反应书写，题目难度中等，明确原电池与氧化还原反应的关系及负极发生氧化反应是解答本题的关键，试题培养了学生的灵活应用能力．