Question

18．减少污染、保护环境是全世界最热门的课题．

（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：将煤转化为清洁气体燃料．
已知：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5 kJ•mol^-1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
（2）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如1图所示．
①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n（M）_总：n（N）_总=5：4．
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q．
（3）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
①催化硝化法中，在催化剂作用下用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶 液的碱性明显增强．则该反应离子方程式为2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②电化学降解NO的原理如图2所示，电源正极为a（填“a”或“b”），若总反应为4NO₃^-+4H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，据此计算其物质的量之比；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；
（3）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子；
②根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，根据电池反应式知，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5 kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算②-①得到焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N点时，CO转化率为80%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，所以容器中总物质的物质的量之比为：n（M）_总：n（N）_总=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=5：4，
故答案为：5：4；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q，故答案为：K_M=K_N＞K_Q；
（3）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子，同时还生成水，所以反应方程式为2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案为：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，根据电池反应式知，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水，电极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡及电解原理，知道化学平衡状态判断方法、温度与化学平衡常数的关系、外界条件对化学平衡的影响、电解原理等知识点分析解答即可，只有反应前后改变的物理量才能作为化学平衡状态的判断依据，题目难度中等．