Question

8．乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：
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）与H₂（g）为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=-（a+3b-2c）kJ•mol^-1．
（2）CH₄和H₂O（g）在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，该反应在不同温度下的化学平衡常数如表：

温度/℃	800	1000	1100	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	48.1	276.5	1771.5

①反应是吸热反应（填“吸热”或“放热”）；
②T℃时，向2L密闭容器中投入2.00molCH₄和2.00mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时c（CH₄）=0.333mol•L^-1，则T=1100℃，该温度下达到平衡时H₂的平均生成速率为0.400mol/（L•h）（保留3位有效数字）．
（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题．
用C_xH_y（烃）催化还原NO_x可消除氮氧化物的污染．写出CH₄与NO₂发生反应的化学方程式：CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化剂}{→}$N₂+CO₂+2H₂O．
（4）乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子．
固体电解质里O^2-的移动方向是向负极（填“正极”或“负极”）移动，该电池负极的电极反应式为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），依据盖斯定律计算反应热；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，吸热方向平衡常数增大；
②列三段，根据平衡常数表达式计算其数值；依据V=$\frac{△c}{△t}$计算氢气的生成速率；
（3）CH₄与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O；
（4）原电池阴离子移向负极；燃料电池中负极燃料乙醇失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水；

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），依据盖斯定律该反应的反应热为：△H₁-3△H₂-2△H₃=-（a+3b-2c）kJ•mol^-1；
故答案为：-（a+3b-2c）kJ•mol^-1；
（2）①依据图中数据可知，温度升高，K增大，平衡向正向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，则正向为吸热反应；
故答案为：吸热；
②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡时c（CH₄）=0.5mol•L^-1，则：
                                 CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，
起始浓度：（mol/L）     1        1            0      0
转化浓度：（mol/L）     $\frac{2}{3}$        $\frac{2}{3}$           $\frac{2}{3}$     2
平衡浓度：（mol/L）   $\frac{1}{3}$          $\frac{1}{3}$           $\frac{2}{3}$     2

该温度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，所以该温度为：1100；
V（H₂）=$\frac{2mol/L}{5h}$=0.400mol/（L•h）；
故答案为：1100℃0.400mol/（L•h）；
（3）CH₄与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O，反应为CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化剂}{→}$N₂+CO₂+2H₂O．
故答案为：CH₄+2NO₂ $\stackrel{催化剂}{→}$N₂+CO₂+2H₂O；
（4）原电池阴离子移向负极；通入乙醇一极是负极，该极上乙醇失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为C₂H₆O+6O^2--12e^-=2CO₂+3H₂O；
故答案为：负；C₂H₆O+6O^2--12e^-=2CO₂+3H₂O．

点评 本题为综合题，考查了反应热的计算、化学平衡常数的计算及应用、燃料电池电极反应式的书写，题目综合性较强，难度中等．