题目内容

5．（I）研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
（1）已知：Fe2O3（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H 1=+489kJ/mol
C（石墨）+CO2 （g）═2CO（g）△H2=+172kJ/mol
则Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO2（g）△H=-27KJ/mol．
（2）利用燃烧反应可设计成CO/O2燃料电池（以H2SO4溶液为电解质溶液），写出该电池的正极反应式O2+4H++4e-=2H2O．
（Ⅱ）某学生设计了如图1所示的装置（框内部分未画出），
在装置内起初发生的反应为Cu+H2SO4=H2↑+CuSO4（未注明反应条件），试回答：
（1）该装置的名称为电解池．（填“原电池”或“电解池”）
（2）若C溶液为100ml饱和食盐水，A 和B电极均为碳棒，该学生利用图示装置进行电解，写出该电解过程中的总反应的离子方程式2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH_+H2↑+Cl2↑，当放出标况下112ml氢气时，该溶液的pH=13 （室温下）．
（Ⅲ）利用图2装置，可以模拟铁的电化学防护．
若X为铜，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于N 处．若X为锌棒，开关K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法．

分析 （Ⅰ）（1）已知：a、Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ•mol-1
b、C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172kJ•mol-1
依据盖斯定律a-b×3得到计算得到热化学方程式；
（2）CO-O2燃料电池（以H2SO4溶液为电解液），依据原电池原理，负极失电子发生氧化反应，燃料在负极失电子发生氧化反应；
（Ⅱ）（1）Cu+H2SO4=H2↑+CuSO4不能自发进行，要是该反应发生，则该装置必须是电解池；
（2）用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电，同时阴极附近有氢氧根离子生成，根据氢气和氢氧根离子之间的关系计算氢氧根离子浓度，从而计算溶液的pH；
（Ⅲ）作原电池正极或电解池阴极的金属被保护；若Z为锌，开关K置于M处，该方法为牺牲阳极的阴极保护法．

解答 解：（Ⅰ）（1）已知：a、Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ•mol-1
b、C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172kJ•mol-1
依据盖斯定律a-b×3得到：Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO2（g）△H=489-172×3=-27KJ/mol，
故答案为：-27KJ/mol；
（2）CO-O2燃料电池（以H2SO4溶液为电解液），一氧化碳在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，原电池负极电极反应为：CO+H2O-2e-=CO2+2H+，正极电极反应为氧气得到电子发生还原反应，在酸性溶液中的电极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，
故答案为：CO+H2O-2e-=CO2+2H+，O2+4H++4e-=2H2O；
（Ⅱ）（1）Cu+H2SO4=H2↑+CuSO4不能自发进行，要是该反应发生，则该装置必须是电解池，且Cu作阳极，故答案为：电解池；
（2）用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近有氢氧根离子生成，电池反应式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-；
设生成氢氧根离子的物质的量为x，
2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-；
              22.4L      2mol
             0.112L        x
22.4L：2mol=0.112L：x，
x=$\frac{0.112L×2mol}{22.4L}$=0.01mol，
c（OH-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，则溶液的pH=13，
故答案为：2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH_+H2↑+Cl2↑，13．
（Ⅲ）若X为铜，为减缓铁的腐蚀，铁比铜活泼，所以要采用外加电流的阴极保护法，所以为延缓铁腐蚀，K应置于N处；
若Z为锌，开关K置于M处，该方法为牺牲阳极的阴极保护法，
故答案为：N；牺牲阳极的阴极保护法．

点评 本题考查了盖斯定律的应用以及原电池和电解池原理，难点是电极反应式的书写和pH的计算，要结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应，结合化学方程式定量关系计算氢氧根离子浓度，题目难度中等．

练习册系列答案
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15．下列有关反应中，属于吸热反应的是（　　）
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16．按要求完成下列问题：
（1）甲基的电子式
（2）乙炔的结构式H-C≡C-H
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（4）甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．
（1）工业生产甲醇的常用方法是：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
已知：2H2（g）+O2（g）═2H2O （l）△H=-571.6kJ/mol
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol
①H2的燃烧热为285.8kJ/mol．
②CH3OH（g）+O2（g）?CO（g）+2H2O（g）的反应热△H=-392.8kJ/mol．
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A．CO百分含量保持不变
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13．将海水淡化后，从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程可以生产其他产品．
（1）Cl2可以氧化浓海水中的Br-，用空气吹出Br2，并用纯碱吸收．纯碱吸收溴的主要反应是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3（化学方程式未配平），则吸收1mol Br2时，该反应转移的电子为$\frac{5}{3}$mol．
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③打开止水夹a和c，关闭止水夹b；
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17．镁铝合金已成为轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原材料．为测定一镁铝合金样品中镁的质量分数，课外兴趣小组同学设计了下列三个实验方案．根据上述实验方案回答下列问题．
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A．加热B．改用98%的浓硫酸
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