Question

8．二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放．
（1）汽车尾气的主要污染物是NO以及燃料燃烧不完全所产生的CO，它们是现代化城市的重要大气污染物，为了减轻汽车尾气造成的大气污染，人们开始探索利用NO和CO在一定条件下转化为两种无毒气体E和F的方法（已知该反应△H＜0）．在2L密闭容器中加入一定量NO和CO，当温度分别在T₁和T₂时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

	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请结合上表数据，写出NO与CO反应的化学方程式2CO+2NO?2CO₂+N₂．
②上述反应T₁℃时的平衡常数为K₁，T₂℃时的平衡常数为K₂，根据表中数据计算K₁=3200．根据表中数据判断，温度T₁和T₂的关系是（填序号）A．
A．T₁＞T₂ B．T₁＜T₂   C．T₁=T₂ D．无法比较
（2）在一个体积为1L的真空容器中，加入0.5mol CaCO₃，T℃时，发生反应：CaCO₃（s）?CaO（s）+CO₂（g），测得c（CO₂）=0.2mol/L．温度不变，压缩容积为0.5L，则c（CO₂）的变化范围为：0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L．
（3）已知CH₄、H₂和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol，285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，工业上利用天然气（主要成分是CH₄）与CO₂进行高温重整制备CO和H₂，写出该反应的热化学方程式：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1．
（4）氨硼烷（H₃BNH₃）一种具有潜在应用前景的氢存储介质，吸收H₂后的氨硼烷作电池负极材料（用MH表示），利用其产生的电能进行硫酸铜溶液的电解实验，如图所示．
①电池放电时，负极的电极反应式为MH+OH^--e^-═M+H₂O
②若电流表的指针指向500mA，假设电流强度不变，当电解池中的Cu²⁺完全析出，理论上需要时间3.86×10⁴s（ 法拉第常数F=9.65×10⁴C•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）①CO与NO转化为两种无毒气体E和F，由表中数据知CO、NO、E、F的化学计量数之比为0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，可知生成为N₂与CO₂；
②计算各气体的平衡浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$计算；由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向正反应移动，由于正反应是放热，温度降低平衡向放热反应方向进行；
（2）温度不变，压缩容积为0.5L，假设平衡不移动，则浓度极大值为0.4mol/L，但压强增大平衡逆向移动，由于平衡常数K=c（CO₂），故平衡时c（CO₂）=0.2mol/L；
（3）由CH₄、H₂、和CO的燃烧热可得：
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，
根据盖斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；
（4）①负极发生氧化反应，MH在负极失去电子，得到M与氢离子，氢离子再与氢氧根离子反应生成水；
②电解池中的Cu²⁺完全析出，计算转移电子所带电量，再根据Q=It计算．

解答 解：（1）①CO与NO转化为两种无毒气体E和F，由表中数据知CO、NO、E、F的化学计量数之比为0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，可知生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，故反应方程式为：2CO+2NO?2CO₂+N₂；
故答案为：2CO+2NO?2CO₂+N₂；
②从表中数据可知，T₁℃时的平衡浓度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℃时该反应的平衡常数为K₁=$\frac{0.0{4}^{2}×0.02}{0.0{1}^{2}×0.0{1}^{2}}$=3200；表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向正反应移动，由于正反应是放热反应，说明T₁＞T₂；
故答案为：3200；A；
（2）温度不变，压缩容积为0.5L，假设平衡不移动，则浓度极大值为0.4mol/L，但压强增大平衡逆向移动，由于平衡常数K=c（CO₂），故平衡时c（CO₂）=0.2mol/L，故0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L，
故答案为：0.2mol/L≤c（CO₂）＜0.4mol/L；
（3）由CH₄、H₂、和CO的燃烧热可得：
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，
根据盖斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1，
故答案为：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1；
（4）①负极发生氧化反应，MH在负极失去电子，得到M与氢离子，氢离子再与氢氧根离子反应生成水，负极电极反应式为：MH+OH^--e^-═M+H₂O，
故答案为：MH+OH^--e^-═M+H₂O；
②硫酸铜物质的量为0.1L×1mol/L=0.1mol，电解池中的Cu²⁺完全析出转移电子所带电量为0.1mol×2×9.65×10⁴C•mol^-1，则：0.1mol×2×9.65×10⁴C•mol^-1=0.5A×t s，解得t=3.86×10⁴，
故答案为：3.86×10⁴．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数、热化学方程式、原电池与电解等，需要学生熟练掌握基础知识并灵活应用，难度中等．