Question

5．（I）研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
（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
則Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO₂（g）△H=-27KJ/mol．
（2）利用燃燒反應可設計成CO/O₂燃料電池（以H₂SO₄溶液為電解質溶液），寫出該電池的正極反應式O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（Ⅱ）某學生設計了如圖1所示的裝置（框內(nèi)部分未畫出），
在裝置內(nèi)起初發(fā)生的反應為Cu+H₂SO₄=H₂↑+CuSO₄（未注明反應條件），試回答：
（1）該裝置的名稱為電解池．（填“原電池”或“電解池”）
（2）若C溶液為100ml飽和食鹽水，A 和B電極均為碳棒，該學生利用圖示裝置進行電解，寫出該電解過程中的總反應的離子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^_+H₂↑+Cl₂↑，當放出標況下112ml氫氣時，該溶液的pH=13 （室溫下）．
（Ⅲ）利用圖2裝置，可以模擬鐵的電化學防護．
若X為銅，為減緩鐵的腐蝕，開關K應置于N 處．若X為鋅棒，開關K置于M處，該電化學防護法稱為犧牲陽極的陰極保護法．

Answer 1

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
依據(jù)蓋斯定律a-b×3得到計算得到熱化學方程式；
（2）CO-O₂燃料電池（以H₂SO₄溶液為電解液），依據(jù)原電池原理，負極失電子發(fā)生氧化反應，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應；
（Ⅱ）（1）Cu+H₂SO₄=H₂↑+CuSO₄不能自發(fā)進行，要是該反應發(fā)生，則該裝置必須是電解池；
（2）用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電，同時陰極附近有氫氧根離子生成，根據(jù)氫氣和氫氧根離子之間的關系計算氫氧根離子濃度，從而計算溶液的pH；
（Ⅲ）作原電池正極或電解池陰極的金屬被保護；若Z為鋅，開關K置于M處，該方法為犧牲陽極的陰極保護法．

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
依據(jù)蓋斯定律a-b×3得到：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO₂（g）△H=489-172×3=-27KJ/mol，
故答案為：-27KJ/mol；
（2）CO-O₂燃料電池（以H₂SO₄溶液為電解液），一氧化碳在負極失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，原電池負極電極反應為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，正極電極反應為氧氣得到電子發(fā)生還原反應，在酸性溶液中的電極反應為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（Ⅱ）（1）Cu+H₂SO₄=H₂↑+CuSO₄不能自發(fā)進行，要是該反應發(fā)生，則該裝置必須是電解池，且Cu作陽極，故答案為：電解池；
（2）用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近有氫氧根離子生成，電池反應式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
設生成氫氧根離子的物質的量為x，
2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$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，則溶液的pH=13，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^_+H₂↑+Cl₂↑，13．
（Ⅲ）若X為銅，為減緩鐵的腐蝕，鐵比銅活潑，所以要采用外加電流的陰極保護法，所以為延緩鐵腐蝕，K應置于N處；
若Z為鋅，開關K置于M處，該方法為犧牲陽極的陰極保護法，
故答案為：N；犧牲陽極的陰極保護法．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用以及原電池和電解池原理，難點是電極反應式的書寫和pH的計算，要結合電解質溶液的酸堿性書寫電極反應，結合化學方程式定量關系計算氫氧根離子濃度，題目難度中等．