Question

2．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）△H=a KJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=b KJ•mol^-1
③C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=c KJ•mol^-1
则反应4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）的焓变△H=6c-6b-2aKJ•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D（填序号）．
A．C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H＞0
B．NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
D．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0
若以稀硫酸为电解质溶液，则该原电池的正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
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图所示．

①在通常状况下，金刚石和石墨中石墨（填“金刚石”或“石墨”）更稳定，石墨的燃烧热为393.5kJ?mol^-1．
②12g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36g，该过程放出的热量252.0 kJ．

Answer 1

分析 Ⅰ．依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
Ⅱ．常温下属于氧化还原反应的放热反应，可设计为原电池，存在元素化合价变化的反应为氧化还原反应；根据正极氧气放电与氢离子反应生成水；
Ⅲ．①依据物质能量越高，物质越不稳定；依据图象判断石墨的燃烧热；
②依据极值计算判断生成的气体组成，结合热化学方程式计算得到．

解答 解：Ⅰ．已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=a kJ•mol^-1 ①
CO（g）+l/2O₂（g）=CO₂（g）△H=b kJ•mol^-1 ②
C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H=c kJ•mol^-1 ③
依据热化学方程式和盖斯定律：③×6-②×6-①×2得到：4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=（6c-6b-2a） kJ/mol，
故答案为：6c-6b-2a；
Ⅱ．A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H＞0为氧化还原反应，但为吸热反应，不能设计为原电池，故A错误；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0不属于氧化还原反应，不能设计为原电池，故B错误；
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0为氧化还原反应，但为吸热反应，不能设计为原电池，故C错误；
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0为氧化还原反应，为放热反应，能设计为原电池，故D正确；
正极氧气放电与氢离子形成水，正极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：D；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393.5kJ?mol^-1；
故答案为：石墨；393.5kJ?mol^-1；
②12g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 kJ•mol^-1 ；C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5 kJ•mol^-1
生成二氧化碳和一氧化碳混合气体放出热量=393.5 kJ•mol^-1 ×0.5mol+110.5 kJ•mol^-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；
故答案为：252.0 kJ．

点评 本题考查了反应热的计算、盖斯定律的运用、原电池等知识点，注重了高考的热点知识的考查，有利于学生巩固基础知识和基本技能，注意原电池的设计为该题的难点，题目难度中等．