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.

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10.为检验浓硫酸与木炭在加热条件下反应产生的SO2和CO2气体,设计了如图所示实验装置,a、b、c为止水夹,B是用于储气的气囊,D中放有用I2和淀粉的蓝色溶液浸湿的脱脂棉.

请回答下列问题:
(1)装置A、D中发生反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O;I2+SO2+2H2O=H2SO4+2HI.
(2)实验前欲检查装置A的气密性,可以采取的操作是关闭分液漏斗的活塞,打开止水夹a和b,关闭止水夹c,用手捂热(或微热)圆底烧瓶A,若C中有气泡冒出,移开手掌(或热源)后,C处导管内有水上升,则证明A装置的气密性良好;
(3)此实验成败的关键在于控制反应产生气体的速率不能过快,因此设计了虚框部分的装置,则正确的操作顺序是③①②(用操作编号填写)
①向A装置中加入浓硫酸,加热,使A中产生的气体进入气囊B,当气囊中充入一定量气体时,停止加热;
②待装置A冷却,且气囊B的体积不再变化后,关闭止水夹a,打开止水夹b,慢慢挤压气囊,使气囊B中气体慢慢进入装置C中,待达到实验目的后,关闭止水夹b;
③打开止水夹a和c,关闭止水夹b;
(4)实验时,装置C中的现象为品红溶液褪色;
(5)当D中产生进气口一端脱脂棉蓝色变浅,出气口一端脱脂棉蓝色不变现象时,可以说明使E中澄清石灰水变浑浊的是CO2,而不是SO2;
(6)装置D的作用为除去SO2并检验SO2已被除净.

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