Question

18．減少污染、保護(hù)環(huán)境是全世界最熱門的課題．

（1）為了減少空氣中SO₂的排放，常采取的措施有：將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料．
已知：
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5 kJ•mol^-1
則焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
（2）CO在催化劑作用下可以與H₂反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密閉容器中充有10mol CO與20mol H₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如1圖所示．
①M(fèi)、N兩點(diǎn)平衡狀態(tài)下，容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）_總：n（N）_總=5：4．
②若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q．
（3）催化硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．
①催化硝化法中，在催化劑作用下用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶 液的堿性明顯增強(qiáng)．則該反應(yīng)離子方程式為2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②電化學(xué)降解NO的原理如圖2所示，電源正極為a（填“a”或“b”），若總反應(yīng)為4NO₃^-+4H⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①M(fèi)點(diǎn)時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N點(diǎn)時，CO轉(zhuǎn)化率為70%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×70%=7mol，還剩余3molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，據(jù)此計算其物質(zhì)的量之比；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，其平衡常數(shù)減小；
（3）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強(qiáng)，說明該反應(yīng)中生成氫氧根離子；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，根據(jù)電池反應(yīng)式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退��?/p>

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5 kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算②-①得到焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①M(fèi)點(diǎn)時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N點(diǎn)時，CO轉(zhuǎn)化率為80%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×70%=7mol，還剩余3molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，所以容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）_總：n（N）_總=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=5：4，
故答案為：5：4；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，其平衡常數(shù)減小，根據(jù)圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q，故答案為：K_M=K_N＞K_Q；
（3）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強(qiáng)，說明該反應(yīng)中生成氫氧根離子，同時還生成水，所以反應(yīng)方程式為2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案為：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，根據(jù)電池反應(yīng)式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡及電解原理，知道化學(xué)平衡狀態(tài)判斷方法、溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系、外界條件對化學(xué)平衡的影響、電解原理等知識點(diǎn)分析解答即可，只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，題目難度中等．