Question

碳和硅属于同主族元素，在生活生产中有着广泛的用途。

（1）甲烷可用作燃料电池，将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池，通入CH₄的一极，其电极反应式是                  ；

CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染，有望解决汽车尾气污染问题，反应如下：

CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=－574kJ·mol^－1

CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=－1160kJ·mol^－1

则NO₂被甲烷还原为N₂的热化学方程式为_____________________________________

（2）已知H₂CO₃ HCO₃^－＋ H^＋   K_a1（H₂CO₃）=4.45×10^－7

HCO₃^－CO₃^2－＋H^＋               K_a2(HCO₃^－)=5.61×10^－11

HAH^＋＋A^－                  K_a(HA)=2.95×10^－8

请依据以上电离平衡常数，写出少量CO₂通入到NaA溶液中的离子方程式

___________________________。

（3） 在T温度时，将1.0molCO₂和3.0molH₂充入2L密闭恒容器中，可发生反应的方程式为CO₂ (g) + 3H₂(g) CH₃OH(g) + 2H₂O(g) 。充分反应达到平衡后，若容器内的压强与起始压强之比为a ：1，则CO₂转     化率为______，当a=0.875时，该条件下此反应的平衡常数为_______________(用分数表示)。

（4）氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由石英(SiO₂)与焦炭在高温的氮气流中反应生成，已知该反应的平衡常数表达式K=［c(CO)］⁶/［c(N₂)］²，若已知CO生成速率为v(CO)＝6mol·L^-1·min^-1，则N₂消耗速率为v(N₂)＝            ；该反应的化学方程式为________________________________________。

Answer

（1） CH4－8e－+ 10OH－＝CO32－+ 7H2O

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－867kJ·mol-1(3分，方程式1分，数值2分)

（2） CO2+ A－+ H2O = HCO3－+ HA

（3） 400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%(3分，没有表示为百分号形式的不得分)

8/27 L/mol (3分，没有单位或单位错误扣1分)

（4） 2mol·L-1·min-1(3分，没有单位或单位错误扣1分)；

3SiO2+6C+ 2N2Si3N4+ 6CO(没写可逆符号或缺少条件的扣1分)

【解析】

试题分析：（1）甲烷在碱性条件下失电子生成CO32‾，配平可得电极方程式：CH4－8e－+ 10OH－＝CO32－+ 7H2O；首先写出NO2与CH4反应的化学方程式并注明状态，然后根据盖斯定律求∆H，第二个反应对比N2，第一个反应与第二个反应抵消NO，所以∆H=1/2∆H1+1/2∆H2=－867kJ·mol-1，进而写出热化学方程式。

（2）根据题目所给信息可知：Ka1（H2CO3）> Ka(HA) > Ka2(HCO3－)，根据强酸制弱酸的原理，少量CO2通入到NaA溶液中的离子方程式为：CO2+ A－+ H2O = HCO3－+ HA

（3）因为压强之比等于气体物质的量之比，设CO2的转化率为x，根据三段式进行计算：

CO2 (g) + 3H2(g) CH3OH(g) + 2H2O(g)

起始物质的量（mol） 1 3 0 0

转化物质的量（mol） x 3x x 2x

平衡物质的量（mol） 1-x 3-3x x 2x

则（4-x）：4=a：1，解得x=4-4a，所以CO2的转化率为：400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%；

a=0.875时，x=0.5，则平衡常数为：0.5mol/L×（1mol•L‾1）2÷[0.5mol/L×(1.5mol•L‾1)3]=8/27 L/mol。

（4）根据平衡常数表达式K=［c(CO)］6/［c(N2)］2，可得化学方程式中CO的系数为6，N2的系数为2，反应物还有SiO2和C，生成了Si3N4，配平可得化学方程式：3SiO2+6C+ 2N2Si3N4+ 6CO；v(N2)＝1/3 v(CO)＝6mol·L-1·min-1×1/3= 2mol·L-1·min-1。

考点：本题考查电极方程式、离子方程式、化学方程式、热化学方程式的书写、化学平衡常数、化学反应速率、转化率的计算。