Question

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=

6（c-b）-2a

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

D

（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：

CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O

，
正極：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（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+2HCl

通電 .

.

NCl₃+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

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
②在陽極上放電的物質（或離子）是

NH₄Cl（NH₄⁺）

．
③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是

C

 （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

1

6

mol NCl₃．

Answer 1

分析：Ⅰ、依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
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需要是自發進行的氧化還原反應；只有D符合；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；
（2）①依據電解反應中 元素化合價變化分析，元素化合價降低的在陰極發生還原反應
②依據電解反應中 元素化合價變化分析，元素化合價升高的在陽極發生氧化反應
③由信息可知，ClO₂易溶于水，所以不能利用水溶液吸收，氨氣為堿性氣體．據此判斷；
④依據反應的兩種方程式計算．

解答：解：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
故答案為：6（c-b）-2a；
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^-；
故答案為：D，CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）NH₄Cl+2HCl

通電 .

.

NCl₃+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↑，故答案為：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+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，生產過程中，每生成1mol ClO₂，需消耗

1

6

mol，故答案為：

1

6

．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池、電解池原理的分析判斷，和電極反應書寫方法，氧化還原反應計算的分析判斷是解題關鍵，題目難度較大．