Question

运用化学反应原理研究碳、氮等单质和化合物的反应有重要意义。

（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：

6 FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s) △H= -76.0 kJ·mol^一1

①上述反应中每生成1 mol Fe₃O₄，转移电子的物质的量为_______mol。

②已知：C(s)+2H₂O(g)=CO₂ (g)+2H₂(g) △H=+113.4 kJ·mol^一1，则反应：

3 FeO(s)+ H₂O (g)= Fe₃O₄ (s)+ H₂ (g)的△H=__________。

（2）工业生产可以用NH₃(g)与CO₂(g)经两步反应生成尿素〔CO(NH₂)₂〕，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH₃(g)与CO₂(g)反应生成尿素的热化学方程式为____________________。

（3）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是         (填“正极”或“负极”)；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为                                        。

（4）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是_____________。

a、电能转化为化学能       

b、太阳能转化为电能

c、太阳能转化为化学能    

d、化学能转化为电能

②上述电解反应在温度小于 900℃时进行，碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，阴极反应式为3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-，则阳极的电极反应式为_________________。

Answer

（1）①2 ；②+18.7 kJ·mol-1

（2）2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－134 kJ·mol－1

（3）负极；2NH3+6OH-6e―= N2+6H2O；

（4）①a、c；②2 CO32-－4e－===2CO2↑＋O2↑

【解析】

试题分析：（1）①6FeO(s)+CO2(g)═2Fe3O4(s)+C(g)△H=-76.0KJ•mol-1该反应中每生成1molFe3O4，反应的二氧化碳物质的量为0.5mol，1mol二氧化碳反应转移电子4mol，0.5mol二氧化碳反应转移电子2mol，所以转移电子的物质的量2mol，故答案为：2；

②6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)△H=-76.0kJ•mol-1，C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H=+113.4kJ•mol-1，

两热化学方程式相加除以2得：3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) △H=(-76.0kJ/mol+113.4kJ/mol)÷2 =+18.7kJ/mol，故答案为：+18.7kJ/mol；

（2）由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的，将两个反应相加可得2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol，故答案为：2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-134 kJ/mol；

（3）在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O，故答案为：负极；2NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O；

（4）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程，故答案为：ac；

②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO2，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，电极反应为：2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑，故答案为：2CO32--4e-═2CO2↑+O2

【考点定位】考查热化学方程式；原电池和电解池的工作原理；氧化还原反应的计算

【名师点晴】本题考查热化学方程式书写、氧化还原反应和电极反应式的书写等知识点，掌握盖斯定律、氧化还原反应原理、电极反应式的书写是关键。1、一般电极反应式的书写：原电池反应的本质就是氧化还原反应。因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础，通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目，通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反应物和产物。具体步骤如下：（1）首先根据题意写出电池反应。（2）标出电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂。（3）根据还原剂——负极材料，氧化产物——负极产物，氧化剂——正极材料，还原产物——正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。（4）注意环境介质对反应产物的影响。2、复杂电极反应式的书写：复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式。如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2＝CO2＋2H2O 总反应式①，2O2＋8H＋＋8e－＝4H2O 正极反应式②，①－②得：CH4＋2H2O－8e－＝CO2＋8H＋ 负极反应式。