Question

8．（1）氨的合成是最重要的化工生产之一，工业上合成氨用的H₂有多种制取的方法．用天然气跟水蒸气反应：CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CO（g）+3H₂（g）．已知有关反应的能量变化如图1所示，则此制取H₂反应的△H=（a+3b-c）kJ•mol^-1．

（2）已知通常状况下，每充分燃烧1gCO并恢复到原状态，会释放10KJ的热量．请写出表示CO燃烧热的热化学方程式CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-280KJ/mol
（3）一种甲烷燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接通入甲烷，同时向一个电极通入空气．此电池的负极电极反应式是CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．
（4）利用如图2装置可以模拟铁的电化学防护．
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于N处．假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
②若X为锌，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，写出铁电极处的电极反应式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）分别根据图1、图2、图3写出热化学方程式，然后根据盖斯定律来解答；
（2）燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，表示燃烧热的热化学方程式中可燃物的物质的量必须为1mol，产物必须为稳定氧化物；
（3）燃料燃烧时，原电池中负极上燃料失电子发生氧化反应；
（4）①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应使Fe连接电源的负极，为电解池，据此书写离子方程式；
②若X为锌，开关K置于M处，为原电池，Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护．

解答 解：（1）图1、图2、图3写出热化学方程式分别为：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-ckJ•mol^-1，
由③-（①+②×3）得：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=（a+3b-c）kJ•mol^-1，
故答案为：（a+3b-c）kJ•mol^-1；
（2）在25℃、101kPa下，1gCO并恢复到原状态，会释放10KJ的热量，则28gCO完全燃烧生成二氧化碳放出的热量为28×10KJ=280KJ，则CO燃烧热的热化学方程式为：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-280KJ/mol，
故答案为：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-280KJ/mol；
（3）甲烷燃料电池工作时，原电池中负极上燃料甲烷失电子发生氧化反应：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
（4）①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应使Fe连接电源的负极，为电解池，所以开关K应置于N处，假设海水中只有NaCl溶质，则总离子反应为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：N；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
②若X为锌，开关K置于M处，为原电池，Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，铁电极处的电极反应式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：牺牲阳极的阴极保护法；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评 本题考查了盖斯定律、原电池和电解池原理，根据原电池中正负极上得失电子及电极反应式来分析解答即可，题目难度中等．