Question

8．乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應(yīng)原理為：
2CO（g）+4H₂ （g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁=-a kJ•mol^-1．
已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+b kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-c kJ•mol^-1
（1）以CO₂（g）與H₂（g）為原料也可合成乙醇，其熱化學(xué)方程式如下：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=-（a+3b-2c）kJ•mol^-1．
（2）CH₄和H₂O（g）在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如表：

溫度/℃	800	1000	1100	1200	1400
平衡常數(shù)	0.45	1.92	48.1	276.5	1771.5

①反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）；
②T℃時，向2L密閉容器中投入2.00molCH₄和2.00mol H₂O（g），5小時后測得反應(yīng)體系達(dá)到平衡狀態(tài)，此時c（CH₄）=0.333mol•L^-1，則T=1100℃，該溫度下達(dá)到平衡時H₂的平均生成速率為0.400mol/（L•h）（保留3位有效數(shù)字）．
（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．
用C_xH_y（烴）催化還原NO_x可消除氮氧化物的污染．寫出CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化劑}{→}$N₂+CO₂+2H₂O．
（4）乙醇-空氣燃料電池中使用的電解質(zhì)是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子．
固體電解質(zhì)里O^2-的移動方向是向負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”）移動，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為C₂H₆O+6O^2--12e^-=2CO₂+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）①2CO（g）+4H₂ （g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁=-a kJ•mol^-1．
②H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+b kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-c kJ•mol^-1，
①-2×③-3×②得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，吸熱方向平衡常數(shù)增大；
②列三段，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算其數(shù)值；依據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算氫氣的生成速率；
（3）CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N₂、CO₂和H₂O；
（4）原電池陰離子移向負(fù)極；燃料電池中負(fù)極燃料乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水；

解答 解：（1）①2CO（g）+4H₂ （g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁=-a kJ•mol^-1．
②H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+b kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-c kJ•mol^-1，
①-2×③-3×②得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），依據(jù)蓋斯定律該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：△H₁-3△H₂-2△H₃=-（a+3b-2c）kJ•mol^-1；
故答案為：-（a+3b-2c）kJ•mol^-1；
（2）①依據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，溫度升高，K增大，平衡向正向移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動，則正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)；
故答案為：吸熱；
②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡時c（CH₄）=0.5mol•L^-1，則：
                                 CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，
起始濃度：（mol/L）     1        1            0      0
轉(zhuǎn)化濃度：（mol/L）     $\frac{2}{3}$        $\frac{2}{3}$           $\frac{2}{3}$     2
平衡濃度：（mol/L）   $\frac{1}{3}$          $\frac{1}{3}$           $\frac{2}{3}$     2

該溫度K=$\frac{[CO]•[{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{4}]•[{H}_{2}O]}$=$\frac{\frac{2}{3}×{2}^{3}}{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}$=48mol²/L²，所以該溫度為：1100；
V（H₂）=$\frac{2mol/L}{5h}$=0.400mol/（L•h）；
故答案為：1100℃0.400mol/（L•h）；
（3）CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，反應(yīng)為CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化劑}{→}$N₂+CO₂+2H₂O．
故答案為：CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化劑}{→}$N₂+CO₂+2H₂O；
（4）原電池陰離子移向負(fù)極；通入乙醇一極是負(fù)極，該極上乙醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為C₂H₆O+6O^2--12e^-=2CO₂+3H₂O；
故答案為：負(fù)；C₂H₆O+6O^2--12e^-=2CO₂+3H₂O．

點(diǎn)評 本題為綜合題，考查了反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫，題目綜合性較強(qiáng)，難度中等．