Question

【题目】能源的开发、利用与人类社会的可持续发展息息相关，充分利用好能源是摆在人类面前的重大课题。

Ⅰ．已知：①Fe2O3(s)＋3C(石墨)＝2Fe(s)＋3CO(g) ΔH＝a kJ·mol－1

②CO(g)＋l/2O2(g)＝CO2(g) ΔH＝b kJ·mol－1

③C(石墨)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH＝c kJ·mol－1

则反应4Fe(s)＋3O2(g)＝2Fe2O3(s)的焓变ΔH＝______________kJ·mol－1。

Ⅱ．依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_____（填序号)。

C(s)＋CO2(g)＝2CO(g) ΔH＞0

B．NaOH(aq)＋HCl(aq)＝NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＜0

C．2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g) ΔH＞0

D．CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＜0

若以稀硫酸为电解质溶液，则该原电池的正极反应式为______________________。

Ⅲ．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如下图所示。

①在通常状况下，金刚石和石墨中________(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，石墨的燃烧热为________。

②12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量________。

Answer 1

【答案】 6c－6b－2a D O2＋4H+＋4e－=2H2O 石墨 393.5 kJ·mol－1 252.0 kJ

【解析】Ⅰ．已知：①Fe2O3(s)＋3C(石墨)＝2Fe(s)＋3CO(g) ΔH＝a kJ·mol－1； ②CO(g)＋l/2O2(g)＝CO2(g) ΔH＝b kJ·mol－1 ； ③C(石墨)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH＝c kJ·mol－1；根据盖斯定律，由③×6-②×6-①×2可得反应4Fe(s)＋3O2(g)＝2Fe2O3(s)，则ΔH＝6c－6b－2akJ·mol－1；

Ⅱ．设计成原电池需要是自发进行的氧化还原反应；A．C(s)+CO2(g)=2CO(g)是非自发进行的氧化还原反应，故A不选；B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)，反应是复分解反应，不是氧化还原反应，故B不选；
C．2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)，反应是非自发进行的氧化还原反应，故c不选；D．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，是自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池；故D选；答案为D；D反应是甲烷燃料电池，在酸溶液中甲烷燃料电池中燃料在负极发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，正极电极反应为O2＋4H+＋4e－=2H2O；

Ⅲ．(1)图象分析金刚石能量高于石墨，能量越低越稳定，所以说明石墨稳定，图象分析1mol石墨完全燃烧生成1mol二氧化碳放出的热量为393.5kJ，则石墨的燃烧热为393.5kJmol-1；

(2)12g石墨物质的量为1mol，在一定量空气中燃烧，依据元素守恒，若生成二氧化碳质量为44g，若生成一氧化碳质量为28g，生成气体36g，28g＜36g＜44g，判断生成的气体为一氧化碳和二氧化碳气体，设一氧化碳物质的量为x，二氧化碳物质的量为(1-x)mol，28x+44(1-x)=36g，x=0.5mol，二氧化碳物质的量为0.5mol；依据图象分析，C(石墨，s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5 kJmol-1 ；C(石墨，s)+ O2(g)═CO(g)△H=-110.5 kJmol-1 ，生成二氧化碳和一氧化碳混合气体放出热量=393.5 kJmol-1 ×0.5mol+110.5 kJmol-1 ×0.5mol=252KJ；12g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36g，该过程放出的热量为252.0kJ。