Question

4．研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（Ⅰ）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）△H₁=+489kJ•mol^-1
 C（石墨）+CO₂ （g）═2CO（g）△H₂=+172kJ•mol^-1
寫出以赤鐵礦和石墨為原料高爐煉鐵的熱化學方程式2Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=462KJ/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），寫出該電池的負極反式CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．
（Ⅱ）利用如圖裝置，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
依據蓋斯定律a×2-b×3得到計算得到熱化學方程式；
②CO-O₂燃料電池（以H₂SO₄溶液為電解液），依據原電池原理，負極失電子發生氧化反應，燃料在負極失電子發生氧化反應；
（Ⅱ）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
依據蓋斯定律a×2-b×3得到：2Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=489×2-172×3=462KJ/mol，故答案為：2Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=462KJ/mol；
②CO-O₂燃料電池（以H₂SO₄溶液為電解液），一氧化碳在負極失電子發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⁺，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
（Ⅱ）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，要結合電解質溶液的酸堿性書寫，難度中等．