Question

碳和硅属于同主族元素，在生活生产中有着广泛的用途。
（1）甲烷可用作燃料电池，将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池，通入CH₄的一极，其电极反应式是                 ；
CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染，有望解决汽车尾气污染问题，反应如下：
CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=－574kJ·mol^－1
CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=－1160kJ·mol^－1
则NO₂被甲烷还原为N₂的热化学方程式为_____________________________________
（2）已知H₂CO₃ HCO₃^－＋ H^＋   K_a1（H₂CO₃）=4.45×10^－7
HCO₃^－CO₃^2－＋H^＋               K_a2(HCO₃^－)=5.61×10^－11
HAH^＋＋A^－                  K_a(HA)=2.95×10^－8
请依据以上电离平衡常数，写出少量CO₂通入到NaA溶液中的离子方程式
___________________________。
（3） 在T温度时，将1.0molCO₂和3.0molH₂充入2L密闭恒容器中，可发生反应的方程式为CO₂ (g) + 3H₂(g) CH₃OH(g) + 2H₂O(g) 。充分反应达到平衡后，若容器内的压强与起始压强之比为a ：1，则CO₂转    化率为______，当a=0.875时，该条件下此反应的平衡常数为_______________(用分数表示)。
（4）氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英(SiO₂)与焦炭在高温的氮气流中反应生成，已知该反应的平衡常数表达式K=［c(CO)］⁶/［c(N₂)］²，若已知CO生成速率为v(CO)＝6mol·L^-1·min^-1，则N₂消耗速率为v(N₂)＝           ；该反应的化学方程式为________________________________________。

Answer 1

（1） CH₄－8e^－+ 10OH^－＝CO₃^2－+ 7H₂O
CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=－867kJ·mol^-1(3分，方程式1分，数值2分)
（2） CO₂+ A^－+ H₂O = HCO₃^－+ HA
（3） 400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%(3分，没有表示为百分号形式的不得分)
8/27 L/mol (3分，没有单位或单位错误扣1分)
（4） 2mol·L^-1·min^-1(3分，没有单位或单位错误扣1分)；
3SiO₂+6C+ 2N₂Si₃N₄+ 6CO(没写可逆符号或缺少条件的扣1分)

试题分析：（1）甲烷在碱性条件下失电子生成CO₃²?，配平可得电极方程式：CH₄－8e^－+ 10OH^－＝CO₃^2－+ 7H₂O；首先写出NO₂与CH₄反应的化学方程式并注明状态，然后根据盖斯定律求?H，第二个反应对比N₂，第一个反应与第二个反应抵消NO，所以?H=1/2?H₁+1/2?H₂=－867kJ·mol^-1，进而写出热化学方程式。
（2）根据题目所给信息可知：K_a1（H₂CO₃）> K_a(HA) > K_a2(HCO₃^－)，根据强酸制弱酸的原理，少量CO₂通入到NaA溶液中的离子方程式为：CO₂+ A^－+ H₂O = HCO₃^－+ HA
（3）因为压强之比等于气体物质的量之比，设CO₂的转化率为x，根据三段式进行计算：
CO₂ (g) + 3H₂(g) CH₃OH(g) + 2H₂O(g)
起始物质的量（mol）  1        3           0         0
转化物质的量（mol）  x        3x          x         2x
平衡物质的量（mol） 1-x      3-3x          x         2x
则（4-x）：4=a：1，解得x=4-4a，所以CO₂的转化率为：400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%；
a=0.875时，x=0.5，则平衡常数为：0.5mol/L×（1mol?L?¹）²÷[0.5mol/L×(1.5mol?L?¹)³]="8/27" L/mol。
（4）根据平衡常数表达式K=［c(CO)］⁶/［c(N₂)］²，可得化学方程式中CO的系数为6，N₂的系数为2，反应物还有SiO₂和C，生成了Si₃N₄，配平可得化学方程式：3SiO₂+6C+ 2N₂Si₃N₄+ 6CO；v(N₂)＝1/3 v(CO)＝6mol·L^-1·min^-1×1/3= 2mol·L^-1·min^-1。