Question

1．為應對環境污染，使得對如何減少煤燃燒和汽車尾氣中各種含碳、氮、硫等氣體的排放，及有效地開發利用碳資源的研究顯得更加緊迫．
（1）為減少煤燃燒中廢氣的排放，常將煤轉化為清潔氣體燃料．請寫出焦炭與水蒸氣高溫下反應的化學方程式：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（2）選擇適當的催化劑在高溫下可將汽車尾氣中的 CO、NO轉化為無毒氣體．
已知：①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁=-566kJ?mol^-1
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₂=-746kJ?mol^-1
則反應N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）的△H=+180kJ?mol^-1．
（3）在一定溫度下，向1L密閉容器中充入0.5mol NO、2mol CO，發生上述反應②，
20s反應達平衡，此時CO的物質的量為1.6mol．在該溫度下反應的平衡常數K=1.25．
（4）將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的．如圖1是通過人工光合作用以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂的原理示意圖．催化劑b表面發生的電極反應式為CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

（5）氮氧化物進入水體可轉化為NO₃^─，電化學降解法可用于治理水中NO₃^─的污染．原理如圖2所示．電源正極為A（填“A”或“B”），若電解過程中轉移了0.4mol電子，則處理掉的NO₃^─為4.96g．

Answer 1

分析 （1）根據質量和原子守恒，焦炭與水蒸氣高溫下反應生成兩種可燃性氣體，據此書寫方程式；
（2）據熱化學方程式和蓋斯定律計算；
（3）結合平衡三段式列式計算平衡濃度，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積得到；
（4）由圖可知，左室投入是水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發生氧化反應，為負極，右室催化劑b表面通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（5）該裝置中，硝酸根離子得電子發生還原反應，則Ag-Pt電極為陰極，反應式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，Pt電極為陽極，連接陽極的電極為正極，據此分析計算．

解答 解：（1）根據質量和原子守恒，焦炭與水蒸氣高溫下反應生成兩種可燃性氣體為CO和H₂，則反應的方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ?mol^-1
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₂=-746kJ?mol^-1
依據蓋斯定律計算①-②得到反應的熱化學方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），△H=（-566+746）=+180KJ/mol，
故答案為：+180；
（3）在一定溫度下，向1L密閉容器中充入0.5mol NO、2mol CO，發生上述反應②，20S反應達平衡，此時CO的物質的量為1.6mol，依據化學平衡三段式列式計算：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol） 0.5 2 0 0
變化量（mol） 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡量（mol） 0.1 1.6 0.2 0.4
體積為1L，物質的量數值為濃度數值，計算得到平衡常數K=$\frac{0.2×0.4{\;}^{2}}{0.1{\;}^{2}×1.6{\;}^{2}}$=1.25；
故答案為：1.25；
（4）由圖可知，左室投入是水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發生氧化反應，為負極，右室催化劑b表面通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，故答案為：CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH；
（5）根據圖知，電解槽右邊部分N元素化合價由+5價變為0價，所以硝酸根離子發生還原反應，則Ag-Pt電極為陰極，反應式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，Pt電極為陽極，所以A是正極；又轉移了0.4mol電子，根據陰極反應式，則消耗的硝酸根為$\frac{0.4}{10}$×2×62=4.96g，故答案為：A；4.96．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法，化學平衡的計算分析判斷，原電池和電解池的原理的分析與計算，題目難度中等．