Question

8．二氧化碳是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，節(jié)能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放．
（1）汽車尾氣的主要污染物是NO以及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的CO，它們是現(xiàn)代化城市的重要大氣污染物，為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染，人們開始探索利用NO和CO在一定條件下轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體E和F的方法（已知該反應(yīng)△H＜0）．在2L密閉容器中加入一定量NO和CO，當(dāng)溫度分別在T₁和T₂時(shí)，測得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量如下表：

	NO	CO	E	F
初始	0.100	0.100	0	0
T1	0.020	0.020	0.080	0.040
T2	0.010	0.010	0.090	0.045

①請(qǐng)結(jié)合上表數(shù)據(jù)，寫出NO與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式2CO+2NO?2CO₂+N₂．
②上述反應(yīng)T₁℃時(shí)的平衡常數(shù)為K₁，T₂℃時(shí)的平衡常數(shù)為K₂，根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算K₁=3200．根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，溫度T₁和T₂的關(guān)系是（填序號(hào)）A．
A．T₁＞T₂ B．T₁＜T₂   C．T₁=T₂ D．無法比較
（2）在一個(gè)體積為1L的真空容器中，加入0.5mol CaCO₃，T℃時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：CaCO₃（s）?CaO（s）+CO₂（g），測得c（CO₂）=0.2mol/L．溫度不變，壓縮容積為0.5L，則c（CO₂）的變化范圍為：0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L．
（3）已知CH₄、H₂和CO的燃燒熱分別為890.3kJ/mol，285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，工業(yè)上利用天然氣（主要成分是CH₄）與CO₂進(jìn)行高溫重整制備CO和H₂，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1．
（4）氨硼烷（H₃BNH₃）一種具有潛在應(yīng)用前景的氫存儲(chǔ)介質(zhì)，吸收H₂后的氨硼烷作電池負(fù)極材料（用MH表示），利用其產(chǎn)生的電能進(jìn)行硫酸銅溶液的電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示．
①電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH+OH^--e^-═M+H₂O
②若電流表的指針指向500mA，假設(shè)電流強(qiáng)度不變，當(dāng)電解池中的Cu²⁺完全析出，理論上需要時(shí)間3.86×10⁴s（ 法拉第常數(shù)F=9.65×10⁴C•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）①CO與NO轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體E和F，由表中數(shù)據(jù)知CO、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，可知生成為N₂與CO₂；
②計(jì)算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，由于正反應(yīng)是放熱，溫度降低平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行；
（2）溫度不變，壓縮容積為0.5L，假設(shè)平衡不移動(dòng)，則濃度極大值為0.4mol/L，但壓強(qiáng)增大平衡逆向移動(dòng)，由于平衡常數(shù)K=c（CO₂），故平衡時(shí)c（CO₂）=0.2mol/L；
（3）由CH₄、H₂、和CO的燃燒熱可得：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1；
②O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol ^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；
（4）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，MH在負(fù)極失去電子，得到M與氫離子，氫離子再與氫氧根離子反應(yīng)生成水；
②電解池中的Cu²⁺完全析出，計(jì)算轉(zhuǎn)移電子所帶電量，再根據(jù)Q=It計(jì)算．

解答 解：（1）①CO與NO轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體E和F，由表中數(shù)據(jù)知CO、NO、E、F的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，可知生成為N₂與CO₂，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故反應(yīng)方程式為：2CO+2NO?2CO₂+N₂；
故答案為：2CO+2NO?2CO₂+N₂；
②從表中數(shù)據(jù)可知，T₁℃時(shí)的平衡濃度c（CO）=（NO）=$\frac{0.02mol}{2L}$=0.01mol/L，c（N₂）=$\frac{0.04mol}{2L}$=0.02mol/L，c（CO₂）=$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，故T₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁=$\frac{0.0{4}^{2}×0.02}{0.0{1}^{2}×0.0{1}^{2}}$=3200；表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，說明T₁＞T₂；
故答案為：3200；A；
（2）溫度不變，壓縮容積為0.5L，假設(shè)平衡不移動(dòng)，則濃度極大值為0.4mol/L，但壓強(qiáng)增大平衡逆向移動(dòng)，由于平衡常數(shù)K=c（CO₂），故平衡時(shí)c（CO₂）=0.2mol/L，故0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L，
故答案為：0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L；
（3）由CH₄、H₂、和CO的燃燒熱可得：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1；
②O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol ^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1；
（4）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，MH在負(fù)極失去電子，得到M與氫離子，氫離子再與氫氧根離子反應(yīng)生成水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：MH+OH^--e^-═M+H₂O，
故答案為：MH+OH^--e^-═M+H₂O；
②硫酸銅物質(zhì)的量為0.1L×1mol/L=0.1mol，電解池中的Cu²⁺完全析出轉(zhuǎn)移電子所帶電量為0.1mol×2×9.65×10⁴C•mol^-1，則：0.1mol×2×9.65×10⁴C•mol^-1=0.5A×t s，解得t=3.86×10⁴，
故答案為：3.86×10⁴．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式、原電池與電解等，需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)并靈活應(yīng)用，難度中等．