Question

(15分)能源的開發、利用與人類社會的可持續發展息息相關，怎樣充分利用好能源是擺在人類面前的重大課題。
I．已知：Fe₂O₃(s)+3C(石墨) =2Fe(s)+3CO(g) △H=akJ·mol^-1
CO(g)+1／2O₂(g)= CO₂(g) △H=bkJ·mol^-1
C(石墨)+O₂(g)=CO₂(g) △H=ckJ·mol^-1
則反應：4Fe(s)+3O₂(g)= 2Fe₂O₃(s)的焓變△H=       kJ·mol^-1。
Ⅱ．（1）依據原電池的構成原理，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是     (填序號)。
A．C(s)+CO₂(g)=2CO(g)
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H₂O(l)
C．2H₂O(l)= 2H₂(g)+O₂(g)
D．CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)
若以KOH溶液為電解質溶液，依據所選反應可以設計成一個原電池，請寫出該原電池的電極反應。
負極：                                                ，
正極：                                                。
（2）二氧化氯(ClO₂)是一種高效安全的自來水消毒劑。ClO₂是一種黃綠色氣體，易溶于水。實驗室以NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂為原料制備ClO₂流程如下：

已知：電解過程中發生的反應為：
NH₄Cl+2HClNCl₃+3H₂↑；假設NCl₃中氮元素為+3價。
①寫出電解時陰極的電極反應式                                            。
②在陽極上放電的物質(或離子)是           。
③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是         (填序號)
A．生石灰       B．堿石灰       C．濃H₂SO₄       D．水
④在生產過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗       mol NCl₃。

Answer 1

Ⅰ、6（c－b）－2a（2分）；
Ⅱ、（1）D（2分），CH₄－8e^－+10OH^－=CO₃^2－+7H₂O（2分）；O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－（2分）；
（2）①2H^＋+2e^－=H₂↑（2分）；②NH₄Cl（NH₄^＋）（2分）；③C（1分）；④mol（2分）。

試題分析：Ⅰ、①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=akJ?mol^-1
②CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=bkJ?mol^-1
③C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H=ckJ?mol^-1
依據蓋斯定律（③-②）×6-①×2得到4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=6（c－b）－2a  kJ?mol^-1
Ⅱ、（1）設計成原電池需要是自發進行的氧化還原反應；
A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）是非自發進行的氧化還原反應，故A不選；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l），反應是復分解反應，不是氧化還原反應，故B不選；
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g），反應是非自發進行的氧化還原反應，故C不選；
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），是自發進行的氧化還原反應，可以設計成原電池；故D選；
D反應是甲烷燃料電池，在堿溶液中甲烷燃料電池中燃料在負極發生氧化反應，氧氣在正極得到電子發生還原反應；
負極電極反應為：CH₄-8e^－+10OH^－=CO₃^2－+7H₂O；
正極電極反應為：O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－；
（2）NH₄Cl+2HClNCl₃+3H₂↑；假設NCl₃中氮元素為+3價．
①電解時陰極上是氫離子得到電子生成氫氣，陰極的電極反應式為：2H^＋+2e^－=H₂↑；
②電解時陽極上是銨根離子失去電子生成氫氣，故答案為：NH₄Cl（NH₄^＋）；
③A、ClO₂易溶于水，不能利用碳酸鈉溶液吸收氨氣，故A錯誤；
B、堿石灰不能吸收氨氣，故B錯誤；
C、濃硫酸可以吸收氨氣，且不影響ClO₂，故C正確；
D、ClO₂易溶于水，不能利用水吸收氨氣，故D錯誤；
故選：C；
④NCl₃與NaClO₂恰好反應生成ClO₂，還生成氯化鈉、NaOH，結合電子守恒可知，Cl元素的化合價升高，則N元素化合價降低，還生成氨氣，則該反應的離子反應為NCl₃+3H₂O+6ClO₂^－=6ClO₂↑+3Cl^－+3OH^－+NH₃↑，生產過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗mol，故答案為：mol。