Question

【题目】氢气是一种常用的化工原料，如合成氨和尿素[CO(NH2)2]等。

（1）以H2合成CO(NH2)2的有关热化学方程式有：

①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

②NH3(g)＋CO2(g)=== NH2CO2NH4(s)ΔH2＝－79.7 kJ·mol－1

③NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)ΔH3＝＋72.5 kJ·mol－1

则N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为_______________________________________________________。

（2）电解制H2的原理为C(s)＋2H2O(l) CO2(g)＋2H2(g)。某学习小组拟以二甲醚(CH3OCH3)－空气碱性燃料电池为电源，电解煤浆液(由煤粉与稀硫酸组成)探究上述原理，装置如图所示。

①分别写出电极C1和C3的电极反应式__________________；___________________。

②离子交换膜可能是________(填字母)。

a．阳离子交换膜 b．阴离子交换膜　 c．质子交换膜

③已知4.6 g二甲醚参与反应，假设装置Ⅰ的能量转化率为100%，C4极收集到11.2L(标准状况)气体，装置Ⅱ的电流效率η＝________。

Answer 1

【答案】 N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－179.3 kJ·mol－1 CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O C－4e－＋2H2O===CO2↑＋4H＋ ac 83.3%

【解析】（1）已知：①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH1＝－92.4 kJ·mol－1

②NH3(g)＋CO2(g)=== NH2CO2NH4(s)ΔH2＝－79.7 kJ·mol－1

③NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l)ΔH3＝＋72.5 kJ·mol－1

根据盖斯定律，由①+②×2+③得反应N2(g)＋3H2(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH=ΔH1+ΔH2×2+ΔH3=－92.4 kJ·mol－1－79.7 kJ·mol－1×2+72.5 kJ·mol－1=－179.3 kJ·mol－1；（2）①燃料电池中二甲醚(CH3OCH3)的一极为电池的负极，二甲醚在碱性条件下失电子产生碳酸根离子，故电极C1的电极反应式为CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O；C2为电池的正极，连接正极的C3为电解池的阳极，根据电解制H2的原理C(s)＋2H2O(l) CO2(g)＋2H2(g)可知，C3电极电解煤浆液(由煤粉与稀硫酸组成)碳失电子产生二氧化碳，电极反应式为C－4e－＋2H2O===CO2↑＋4H＋；②离子交换膜是允许氢离子通过，保证产生的氢气和二氧化碳分开，故可能是阳离子交换膜或质子交换膜，答案选ac；③装置Ⅰ中负极反应式为CH3OCH3＋16OH－－12e－==2CO＋11H2O，n(CH3OCH3)= ，装置Ⅰ向装置Ⅱ提供的电子的物质的量为；n(H2)= ，生成0.5mol氢气需要电子的物质的量为1mol，根据电流效率定义，装置Ⅱ的电流效率η＝。