Question

13．中阿環保論壇將于9月在銀川舉行，能源與環境將是本次論壇的重點，為此，銀川市政府大力治理環境，調整能源結構，提高能源的高效利用．回答下列問題．

I．裝置Ⅰ可用來監測空氣中NO的含量，寫出該裝置負極的電極反應式NO+O^2--2e^-=NO₂；每流經1m³空氣（假設NO被完全吸收），轉移電子物質的量為2×10^-7mol，則該空氣中NO的含量約為3×10^-3mg/m³．
II．圖2是煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

已知該產業鏈中某反應的平衡表達式為：K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所對應反應的化學方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
Ⅲ．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業上以CO和H₂為原料生產CH₃OCH₃．工業制備二甲醚在催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）新工藝的總反應為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H該反應△H=-247kJ•mol^-1．
（2）在某溫度下，若反應①的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達到平衡，CO的轉化率為50%，則5min內CO的平均反應速率為0.1mol/（L•min）
（3）能說明反應①在恒溫恒容下達到平衡狀態的是BCD．
A．v_逆（CO）=2v_正（H₂）                   B．容器內壓強保持不變
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）                  D．容器內的密度保持不變
（4）“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源，其工作原理如圖3所示．寫出a電極上發生的電極反式CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；現使用該電池，用石墨電極電解600ml，0.2mol/L的NaCl溶液，當反應掉0.23g二甲醚時，外電路中轉移的電子物質的量為0.06mol；此時NaCl溶液的pH值為13 （假設溶液體積仍為600mL）

Answer 1

分析 Ⅰ、轉移電子的物質的量為2×l0^-7mol時，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 求出NO的含量；
Ⅱ、根據平衡常數表達式等于產物濃度系數次冪之積和反應物平衡濃度系數次冪之積的比值，據此來寫化學方程式；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根據蓋斯定律，①×2+②+③計算△H；
（2）5min后達到平衡，CO的轉化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根據v（CO）=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO）；
（3）當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生變化，根據密度的公式進行分析解答該題；
（4）依據圖示分析通入氧氣的一端為正極，通入二甲醚的一端為負極，電解質溶液為酸性環境，二甲醚失電子生成二氧化碳，根據電子守恒寫出電極反應．

解答 解：Ⅰ、該電池的負極是NO發生失電子的氧化反應：NO+O^2--2e^-=NO₂，轉移電子的物質的量為2×l0^-7mol時，由NO+O^2--2e^-=NO₂ 得n（NO）=l0^-7mol，m（NO）=l0^-7mol×30×10³mg•mol^-1=3×10^-3mg/m³，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂；3×10^-3；
Ⅱ、因為K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$所以該反應的方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意C為固態，不列入平衡常數表達式，
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
Ⅲ、（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，根據蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1，
故答案為：-247kJ•mol^-1；
（2）5min后達到平衡，CO的轉化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，所以v（CO）=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L•min），故答案為：0.1；
（3）A．2v_逆（CO）=v_正（H₂）才能說明正逆反應速率相等，故A錯誤；
 B．反應前后氣體的系數和變化，容器內壓強保持不變的狀態是平衡狀態，故B正確；
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）說明正逆反應速率相等，故C正確；
D．容器內的密度等于質量和物質的量的比值，物質的量變化，質量不變，所以密度保持不變的狀態是平衡狀態，故D正確；
故選BCD；
（4）反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，b為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；當反應掉0.23g即0.005mol二甲醚時，外電路中轉移的電子物質的量為0.06mol，電解氯化鈉溶液的反應為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，轉移的電子物質的量為0.06mol，生成氫氧化鈉是0.06mol，濃度是$\frac{0.06mol}{0.6L}$=0.1mol/L，所以pH=13，
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺，0.06mol；13．

點評 本題涉及電化學、熱化學等方面的綜合知識，注意蓋斯定律的應用、電解池、原電池的工作原理是解題的關鍵，難度中等．