Question

13．中阿环保论坛将于9月在银川举行，能源与环境将是本次论坛的重点，为此，银川市政府大力治理环境，调整能源结构，提高能源的高效利用．回答下列问题．

I．装置Ⅰ可用来监测空气中NO的含量，写出该装置负极的电极反应式NO+O^2--2e^-=NO₂；每流经1m³空气（假设NO被完全吸收），转移电子物质的量为2×10^-7mol，则该空气中NO的含量约为3×10^-3mg/m³．
II．图2是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

已知该产业链中某反应的平衡表达式为：K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所对应反应的化学方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
Ⅲ．二甲醚（CH₃OCH₃）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H₂为原料生产CH₃OCH₃．工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）新工艺的总反应为：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H该反应△H=-247kJ•mol^-1．
（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则5min内CO的平均反应速率为0.1mol/（L•min）
（3）能说明反应①在恒温恒容下达到平衡状态的是BCD．
A．v_逆（CO）=2v_正（H₂）                   B．容器内压强保持不变
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）                  D．容器内的密度保持不变
（4）“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源，其工作原理如图3所示．写出a电极上发生的电极反式CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；现使用该电池，用石墨电极电解600ml，0.2mol/L的NaCl溶液，当反应掉0.23g二甲醚时，外电路中转移的电子物质的量为0.06mol；此时NaCl溶液的pH值为13 （假设溶液体积仍为600mL）

Answer 1

分析 Ⅰ、转移电子的物质的量为2×l0^-7mol时，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 求出NO的含量；
Ⅱ、根据平衡常数表达式等于产物浓度系数次幂之积和反应物平衡浓度系数次幂之积的比值，据此来写化学方程式；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根据盖斯定律，①×2+②+③计算△H；
（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根据v（CO）=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO）；
（3）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，根据密度的公式进行分析解答该题；
（4）依据图示分析通入氧气的一端为正极，通入二甲醚的一端为负极，电解质溶液为酸性环境，二甲醚失电子生成二氧化碳，根据电子守恒写出电极反应．

解答 解：Ⅰ、该电池的负极是NO发生失电子的氧化反应：NO+O^2--2e^-=NO₂，转移电子的物质的量为2×l0^-7mol时，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 得n（NO）=l0^-7mol，m（NO）=l0^-7mol×30×10³mg•mol^-1=3×10^-3mg/m³，故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂；3×10^-3；
Ⅱ、因为K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$所以该反应的方程式为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意C为固态，不列入平衡常数表达式，
故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1，
故答案为：-247kJ•mol^-1；
（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，所以v（CO）=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L•min），故答案为：0.1；
（3）A．2v_逆（CO）=v_正（H₂）才能说明正逆反应速率相等，故A错误；
 B．反应前后气体的系数和变化，容器内压强保持不变的状态是平衡状态，故B正确；
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）说明正逆反应速率相等，故C正确；
D．容器内的密度等于质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以密度保持不变的状态是平衡状态，故D正确；
故选BCD；
（4）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；当反应掉0.23g即0.005mol二甲醚时，外电路中转移的电子物质的量为0.06mol，电解氯化钠溶液的反应为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，转移的电子物质的量为0.06mol，生成氢氧化钠是0.06mol，浓度是$\frac{0.06mol}{0.6L}$=0.1mol/L，所以pH=13，
故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺，0.06mol；13．

点评 本题涉及电化学、热化学等方面的综合知识，注意盖斯定律的应用、电解池、原电池的工作原理是解题的关键，难度中等．