Question

运用化学反应原理知识回答下列有关碳和碳的化合物的问题
（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（已知该反应在一定条件下可以自发进行）．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表：

物质 T/℃n/mol T/℃	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

 

，该反应的△S

 

0（填“＜”或“＞”）
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=

 

根据表中数据判断，温度T₁和T₂的关系是（填序号）

 

．
A．T₁＞T₂B．T₁＜T₂C．无法比较
（2）生成的CO₂经常用氢氧化钠来吸收，现有0.4mol CO₂，若用200mL 3mol/L NaOH溶液将其完全吸收，溶液中离子浓度由大到小的顺序为：

 

．
（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mol/L．
（4）已知CH₄，H₂和CO的燃烧热（△H）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：

 

．
（5）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO₂ 的混合气为正极助燃气，制得在 650℃下工作的燃料电池，写出其负极和正极电极反应方程式：
负极：

 

；正极：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学电源新型电池,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）①由表中数据可知，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，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，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）根据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：1反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠来分析回答；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，设生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为xmol/L，则根据c（Ca²⁺）=

Ksp

c(CO 3 2-)

列方程求解，注意将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合时浓度都变成原来的一半；
（4）CH₄、H₂、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式，利用盖斯定律书写该反应的热化学方程式；
（5）燃料电池中，通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答： 解：（1）①由表中数据可知，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，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，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；该反应是气体体积减小的反应，所以△S＜0；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）=

0.02mol

2L

=0.01mol/L，c（N₂）=

0.04mol

2L

=0.02mol/L，c（CO₂）=

0.08mol

2L

=0.04mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁=

(0.04mol/L) 2×0.02mol/L

(0.01mol/L)2(0.01mol/L)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）根据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：1反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物质的量之比是2：3，所的溶液是碳酸钠和碳酸氢钠的混合物；混合物显碱性c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根离子水解程度大与碳酸氢根离子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，设生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为xmol/L，则根据c（Ca²⁺）=

Ksp

c(CO 3 2-)

，将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合时浓度都变成原来的一半，所以方程为

x

2

=

2.8×10 -9

2×10 -4 2

，所以解得x=5.6×10^-5mol/L，故答案为：5.6×10^-5．
（4）根据CH₄、H₂、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：
①O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ?mol ^-1；
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ?mol^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.03kJ?mol^-1，
利用盖斯定律将②-①-③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；
（5）燃料电池中，通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；原电池电极反应，正极上的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；负极上的电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；
故答案为：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

点评：本题考查反应速率、化学平衡常数、平衡移动原理、电解池原理、热化学方程式和盖斯定律分析计算应用，注意反应产物的分析判断和电极反应式的正确书写，掌握基础是关键，题目难度中等．