Question

14．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(zhuǎn)化為兩種無毒氣體E和F的方法（已知該反應的△H＜0）． 在2L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(zhì)平衡時物質(zhì)的量如下表：

物質(zhì) 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2CO+2NO═N₂+2CO₂．
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=3200L/mol（或3200）．根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，溫度T₁和T₂的關系是（填序號）A．
A．T₁＞T₂B．T₁＜T₂   C．T₁=T₂ D．無法比較
（2）反應生成的氣體E經(jīng)常用氫氧化鈉溶液來吸收，現(xiàn)有0.4molE，若用200mL 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收，則溶液中離子濃度由大到小的順序為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（3）常溫下，向（2）所得的混合溶液中，滴加鹽酸至中性時，溶質(zhì)的主要成分有NaCl、NaHCO₃、H₂CO₃或CO₂．
（4）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進行高溫重整制備CO和H₂，寫出該反應的熱化學方程式：CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+H₂（g）△H=+247.3kJ•mol^-1．
（5）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到特別重視，該電池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，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，請寫出其負極的電極式：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂．

Answer 1

分析 （1）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應移動，由于正反應是放熱，溫度降低平衡向放熱反應方向進行；
（2）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：1反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉來分析回答；
（3）溶液中溶解有二氧化碳和碳酸；
（4）CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式，利用蓋斯定律書寫該反應的熱化學方程式；
（5）燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，故反應方程式為：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℃時該反應的平衡常數(shù)為K₁=$\frac{（0.04mol/L）^{2}×0.02mol/L}{（0.01mol/L）{\;}^{2}（0.01mol/L）{\;}^{2}}$=3200；表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應移動，由于正反應是放熱反應，說明T₁＞T₂；
故答案為：3200；A；
（2）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：1反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物質(zhì)的量之比是2：3，所的溶液是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物；混合物顯堿性c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根離子水解程度大與碳酸氫根離子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）都能與鹽酸反應生成氯化鈉，溶液中溶解有二氧化碳和碳酸，故應含有NaHCO₃，故答案為：NaCl、NaHCO₃、H₂CO₃或CO₂；
（4）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫出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=-566.03kJ•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，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1；
（5）燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；原電池電極反應，正極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；負極上的電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；
故答案為：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點評 本題考查反應速率、化學平衡常數(shù)、平衡移動原理、電解池原理、熱化學方程式和蓋斯定律分析計算應用，注意反應產(chǎn)物的分析判斷和電極反應式的正確書寫，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．