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△H<0). 在2 L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下表：

物质 T/℃     n/mol	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                        .

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<T₂   C．T₁=T₂ D．无法比较

(2)反应生成的气体E经常用氢氧化钠来吸收，现有0.4molE，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)已知CH₄、H₂和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol，285.8 kJ/mol和283.0 kJ/mol，工业上利用天然气(主要成分是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：                                                     .

(4)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

【知识点】化学平衡移动、计算、热化学方程式书写、盖斯定律、电极反应式的书写

【答案解析】 （1）①2CO+2NO       N₂+2CO₂（2分）

②3200 L/mol（或3200）（2分）    A（2分）

⑵C(Na+)>C(HCO₃^-)>C(CO₃^2-)>C(OH ^-)>C(H⁺)（2分）     

(3) CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g） △H=+247.3 kJ•mol ^-1（2分）

⑷2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂（2分）O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-（2分）

解析：（1）①NO和CO在一定条件下转化为两种无毒气体E和F，是氮气和二氧化碳，反

应的方程式为2CO+2NO       N₂+2CO₂；通过平衡时各物质的物质的

量也验证这一反应；②利用“三段式”进行计算：2CO + 2NO           N₂    + 2CO₂

                                     始态浓度（mol/L）0.05  0.05          0        0

                         变化量（mol/L） 0.04   0.04         0.02     0.04

                        平衡浓度（mol/L） 0.01   0.01         0.02     0.04

        则K=C(N₂)·C²(CO₂)/ C²(CO)·C²(NO)=3200 L/mol；

该反应放热，从表中看出，从T1到T2，平衡正向移动，降低温度，故A．T₁>T₂；

（2）气体E是CO₂，0.4mol CO₂，用200mL 3mol/L NaOH溶液（物质的量是0.6mol）将其完全吸收，产物生成0.2molNa₂CO₃和0.2molNaHCO₃，CO₃^2-和HCO₃^-要水解使溶液呈碱性，前者的水解程度远大于后者，所以离子浓度大小：

 C(Na+)>C(HCO₃^-)>C(CO₃^2-)>C(OH ^-)>C(H⁺)

(3) 根据CH₄、H₂、和CO的燃烧热可知，各物质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=-566.0kJ•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；

（4）在燃料池中，正极上是CO₂发生失去电子的氧化反应，电极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，负极上是CO发生失电子的氧化反应，反应式：2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，在转移电子一样多的情况下，两极反应相加得到总反应：2CO+O₂=2CO₂；

【思路点拨】本题考查比较综合，可逆反应平衡常数的简单计算方法，盖斯定律的应用。注意书写热化学方程式的要领；电极反应式的书写要看电解质中的离子存在形式。难度中等。