Question

【題目】能源開發、環境保護、資源利用等是當今社會的熱門話題。請根據所學化學知識回答下列問題：

（1）汽車上安裝催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NOx、碳氫化合物）進行相互反應，生成無毒物質，減少汽車尾氣污染。

已知：N2(g) + O2(g)＝2NO(g) △H＝+180.5 kJ · mol－1；

2C(s)+ O2(g)＝2CO(g) △H＝－221.0 kJ · mol－1；

C(s)+ O2(g)＝CO2(g) △H＝－393.5 kJ · mol－1；

則尾氣轉化反應2NO(g) +2CO(g)＝N2(g)+2CO2(g)的△H＝________________。

（2）汽車尾氣分析儀對CO的含量分析是以燃料電池為工作原理，其裝置如下圖所示，該電池中電解質為氧化釔－氧化鈉，其中O2-可以在固體介質中自由移動。

下列說法中正確的是_____________(填字母序號)。

A．負極的電極反應式為：CO + O2－―2e－＝CO2

B．工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b

C．工作時電極b作正極，O2－由電極a通過固體介質向電極b遷移

D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高

（3）某硝酸廠利用甲醇處理廢水。在一定條件下，向廢水中加入CH3OH，將HNO3還原成N2。若該反應消耗32 g CH3OH轉移6 mol電子，則參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比為______________。

（4）煤的間接液化是先轉化為CO和H2，再在催化劑作用下合成甲醇。若在一定溫度下，向1 L密閉容器中加入CO和H2，發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，經10 min反應達到平衡時測得各組分的濃度如下：

物 質	CO	H2	CH3OH
濃度/(mol·L－1)	1.2	1.0	0.6

①該反應的平衡常數表達式為：K＝_____________________。

②該時間內反應速率υ(H2)＝_________________。

③平衡時CO的轉化率為_________________(保留1位小數)。

Answer 1

【答案】－746.5 kJ · mol－1 A B D 5 : 6 0.12 mol/(L·min) 33.3%

【解析】

（1）依據蓋斯定律計算熱化學方程式；

（2）燃料電池中燃料在負極失電子發生氧化反應，氧氣在正極得到電子發生還原反應，電子從負極沿外電路流向正極，注意O2-可以在固體介質中自由移動；

（3）根據消耗甲醇的量和轉移電子的物質的量來書寫方程式，并確定氧化劑和還原劑的量的比；

（4）列三段式進行分析。

（1）①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ · mol－1；

②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ · mol－1；

③C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJ · mol－1

依據蓋斯定律③×2-①-②得到 2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=（-393.5kJ · mol－1）×2-180.5kJ · mol－1-（-221.0kJ · mol－1）=-746.5kJ · mol－1；

（2）由圖可知，在負極一氧化碳失電子生成二氧化碳，電池中電解質為氧化釔-氧化鈉，正極氧氣得電子生成O2－，其中O2－可以在固體介質中自由移動

A．在負極一氧化碳失電子生成二氧化碳，負極的電極反應式為：CO+O2－-2e－=CO2 ；故A正確；

B．工作時，電子由負極沿外電路流向正極，電子由電極a通過傳感器流向電極b，故B正確；

C．工作時電極b作正極，O2－由電極b通過固體介質向電極a遷移，故C錯誤；

D．傳感器中通過的電流越大，一氧化碳失電子越多，尾氣中CO的含量越高，故D正確；

故選A B D；

（3）消耗32g（1mol）CH3OH轉移6mol電子，CH3OH中碳元素的化合價為-2價，則反應后碳的化合價為+4，生成CO2，根據化合價升降總數相等、結合原子守恒得：5CH3OH+6HNO3═5CO2↑+3N2↑+13H2O，氧化劑是硝酸，還原劑是甲醇，參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比是5：6；

（4）①發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，依據平衡常數定義寫出為K=；

②發生反應達到平衡，物質的濃度已知，可以依據三段式列式計算；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量（mol·L－1） 1.8 2.2 0

變化量（mol·L－1） 0.6 1.2 0.6

平衡量（mol·L－1） 1.2 1.0 0.6

υ（H2）=1.2mol·L－1÷10min=0.12 mol/（L·min）；

③依據②計算平衡時一氧化碳轉化率=×100%=33.3%。