Question

運用化學反應原理知識回答下列有關碳和碳的化合物的問題：

(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在一定條件下轉化為兩種無毒氣體E和F的方法(已知該反應△H<0). 在2 L密閉容器中加入一定量NO和CO，當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

物質 T/℃     n/mol	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請結合上表數(shù)據(jù)，寫出NO與CO反應的化學方程式                        .

②上述反應T₁℃時的平衡常數(shù)為K₁，T₂℃時的平衡常數(shù)為K₂，根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算K₁=           。根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，溫度T₁和T₂的關系是(填序號)__________。

A．T₁>T₂B．T₁<T₂   C．T₁=T₂ D．無法比較

(2)反應生成的氣體E經(jīng)常用氫氧化鈉來吸收，現(xiàn)有0.4molE，若用200mL 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序為：                  .

 (3)已知CH₄、H₂和CO的燃燒熱分別為890.3kJ/mol，285.8 kJ/mol和283.0 kJ/mol，工業(yè)上利用天然氣(主要成分是CH₄)與CO₂進行高溫重整制備CO和H₂，寫出該反應的熱化學方程式：                                                     .

(4)CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，該電池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO₂ 的混合氣為正極助燃氣，制得在 650 ℃下工作的燃料電池，寫出其負極和正極電極反應方程式：負極：                     ；正極：                    .

Answer 1

【知識點】化學平衡移動、計算、熱化學方程式書寫、蓋斯定律、電極反應式的書寫

【答案解析】 （1）①2CO+2NO       N₂+2CO₂（2分）

②3200 L/mol（或3200）（2分）    A（2分）

⑵C(Na+)>C(HCO₃^-)>C(CO₃^2-)>C(OH ^-)>C(H⁺)（2分）     

(3) CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g） △H=+247.3 kJ•mol ^-1（2分）

⑷2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂（2分）O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-（2分）

解析：（1）①NO和CO在一定條件下轉化為兩種無毒氣體E和F，是氮氣和二氧化碳，反

應的方程式為2CO+2NO       N₂+2CO₂；通過平衡時各物質的物質的

量也驗證這一反應；②利用“三段式”進行計算：2CO + 2NO           N₂    + 2CO₂

                                     始態(tài)濃度（mol/L）0.05  0.05          0        0

                         變化量（mol/L） 0.04   0.04         0.02     0.04

                        平衡濃度（mol/L） 0.01   0.01         0.02     0.04

        則K=C(N₂)·C²(CO₂)/ C²(CO)·C²(NO)=3200 L/mol；

該反應放熱，從表中看出，從T1到T2，平衡正向移動，降低溫度，故A．T₁>T₂；

（2）氣體E是CO₂，0.4mol CO₂，用200mL 3mol/L NaOH溶液（物質的量是0.6mol）將其完全吸收，產(chǎn)物生成0.2molNa₂CO₃和0.2molNaHCO₃，CO₃^2-和HCO₃^-要水解使溶液呈堿性，前者的水解程度遠大于后者，所以離子濃度大小：

 C(Na+)>C(HCO₃^-)>C(CO₃^2-)>C(OH ^-)>C(H⁺)

(3) 根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱可知，各物質燃燒的熱化學方程式：
①O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ•mol ^-1；
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ•mol^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將②-①-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1；

（4）在燃料池中，正極上是CO₂發(fā)生失去電子的氧化反應，電極反應為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負極上是CO發(fā)生失電子的氧化反應，反應式：2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，在轉移電子一樣多的情況下，兩極反應相加得到總反應：2CO+O₂=2CO₂；

【思路點撥】本題考查比較綜合，可逆反應平衡常數(shù)的簡單計算方法，蓋斯定律的應用。注意書寫熱化學方程式的要領；電極反應式的書寫要看電解質中的離子存在形式。難度中等。