Question

13．中阿環(huán)保論壇將于9月在銀川舉行，能源與環(huán)境將是本次論壇的重點(diǎn)，為此，銀川市政府大力治理環(huán)境，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源的高效利用．回答下列問(wèn)題．

I．裝置Ⅰ可用來(lái)監(jiān)測(cè)空氣中NO的含量，寫(xiě)出該裝置負(fù)極的電極反應(yīng)式NO+O^2--2e^-=NO₂；每流經(jīng)1m³空氣（假設(shè)NO被完全吸收），轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2×10^-7mol，則該空氣中NO的含量約為3×10^-3mg/m³．
II．圖2是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問(wèn)題：

已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
Ⅲ．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來(lái)可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃．工業(yè)制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）新工藝的總反應(yīng)為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H該反應(yīng)△H=-247kJ•mol^-1．
（2）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則5min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.1mol/（L•min）
（3）能說(shuō)明反應(yīng)①在恒溫恒容下達(dá)到平衡狀態(tài)的是BCD．
A．v_逆（CO）=2v_正（H₂）                   B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）                  D．容器內(nèi)的密度保持不變
（4）“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源，其工作原理如圖3所示．寫(xiě)出a電極上發(fā)生的電極反式CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；現(xiàn)使用該電池，用石墨電極電解600ml，0.2mol/L的NaCl溶液，當(dāng)反應(yīng)掉0.23g二甲醚時(shí)，外電路中轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為0.06mol；此時(shí)NaCl溶液的pH值為13 （假設(shè)溶液體積仍為600mL）

Answer 1

分析 Ⅰ、轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2×l0^-7mol時(shí)，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 求出NO的含量；
Ⅱ、根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式等于產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪之積和反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值，據(jù)此來(lái)寫(xiě)化學(xué)方程式；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③計(jì)算△H；
（2）5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根據(jù)v（CO）=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO）；
（3）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，根據(jù)密度的公式進(jìn)行分析解答該題；
（4）依據(jù)圖示分析通入氧氣的一端為正極，通入二甲醚的一端為負(fù)極，電解質(zhì)溶液為酸性環(huán)境，二甲醚失電子生成二氧化碳，根據(jù)電子守恒寫(xiě)出電極反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ、該電池的負(fù)極是NO發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：NO+O^2--2e^-=NO₂，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2×l0^-7mol時(shí)，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 得n（NO）=l0^-7mol，m（NO）=l0^-7mol×30×10³mg•mol^-1=3×10^-3mg/m³，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂；3×10^-3；
Ⅱ、因?yàn)镵=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$所以該反應(yīng)的方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意C為固態(tài)，不列入平衡常數(shù)表達(dá)式，
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1，
故答案為：-247kJ•mol^-1；
（2）5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，所以v（CO）=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L•min），故答案為：0.1；
（3）A．2v_逆（CO）=v_正（H₂）才能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，故A錯(cuò)誤；
 B．反應(yīng)前后氣體的系數(shù)和變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，故C正確；
D．容器內(nèi)的密度等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，物質(zhì)的量變化，質(zhì)量不變，所以密度保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BCD；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負(fù)極，b為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；當(dāng)反應(yīng)掉0.23g即0.005mol二甲醚時(shí)，外電路中轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為0.06mol，電解氯化鈉溶液的反應(yīng)為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為0.06mol，生成氫氧化鈉是0.06mol，濃度是$\frac{0.06mol}{0.6L}$=0.1mol/L，所以pH=13，
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺，0.06mol；13．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及電化學(xué)、熱化學(xué)等方面的綜合知識(shí)，注意蓋斯定律的應(yīng)用、電解池、原電池的工作原理是解題的關(guān)鍵，難度中等．