Question

（14分）氢是一种重要的非金属元素。氢的单质及其化合物在科学研究和工业生产中有着广泛而重要的作用。

（1）某硝酸厂处理尾气中NO的方法是：催化剂存在时用H₂将NO还原为N₂。

已知：

则H₂还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程式是：

                                                   。

（2）在一定条件下，用H₂将二氧化碳转化为甲烷的反应如下：

CO₂(g)+4H₂ (g) CH₄ (g)+2H₂O(g)

向一容积为2 L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol·L^一1，H₂ 0.8mol·L^一1，CH₄0.8mol·L^一1，H₂O1.6mol·L^一1。则CO₂的平衡转化率为    。上述反应的平衡常数表达式K=      。200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H    0（填“>’’或“<”）。

（3）某研究小组以H₂与CaCl₂制备某种钙的化合物。已知反应只生成甲、乙两种化合物。对产物分析发现：化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%，化合物乙的水溶液显酸性。请回答下列问题：

①乙的化学式为             。

②甲与水反应可得H₂，其化学方程式是：

                                 。

（4）H₂的获得途径很多，由哈工大研究小组设计的微生物电解有机废水法，既可以清除废水中的有机杂质，同时可以获得氢气。下图为一种处理含甲醇工业废水的微生物电解池，写出电解过程中，阳极发生的电极反应式：                  。

Answer

（1）2NO(g) +2H2(g)＝N2(g) + 2H2O(g) △H＝－665kJ·moL－1（2分）

（2）80%； c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2)；＜ （各2分）

（3）①HCl（2分） ②2CaHCl + 2H2O＝CaCl2 + Ca(OH)2 + 2H2↑（3分）

（4）CH3OH－6e—＋H2O＝CO2↑＋6H+

【解析】

试题分析：（1）首先写出H2还原NO生成氮气和水蒸气的化学方程式并注明状态：2NO(g) +2H2(g)＝N2(g) + 2H2O(g)，然后根据键能求出焓变，∆H=2×630kJ•mol‾1+2×436kJ•mol‾1—945kJ•mol‾1—4×463kJ•mol‾1=－665kJ·moL－1，可得热化学方程式。

（2）设起始时CO2和H2的物质的量浓度分别为x、y；

        CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）

起始浓度（mol•L‾1） x     y    0     0

变化浓度（mol•L‾1） 0.8    3.2 0.8   1.6   

平衡浓度（mol•L‾1） 0.2    0.8  0.8    1.6

x=0.8mol•L‾1 +0.2mol•L‾1 =1mol•L‾1，y=3.2mol•L‾1 +0.8mol•L‾1 =4mol/L；

CO2的平衡转化率=0.8mol•L‾1 ÷1mol•L‾1×100%=80%；根据平衡常数的含义可知平衡常数表达式K= c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2)；300℃时平衡常数为：0.8×1.62 ÷（0.2×0.84）=25，200℃时该反应的平衡常数K=64.8，说明温度升高，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，∆H<0。

（3）①化合物乙的水溶液显酸性，根据元素守恒知乙为氯化氢。

②化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%，还有一种元素，根据反应中元素守恒知，另一种元素为氢元素，则其钙原子、氯原子和氢原子个数之比=52.29%/40:46.41%/35.5:(1-52.29%-46.41%)/1=1:1:1，所以所以甲的化学式为CaHCl，甲和水反应生成氢气，同时生成氯化钙、氢氧化钙，反应方程式为：2CaHCl+2H2O=CaCl2+Ca（OH）2+2H2↑

（4）阳极上发生CH3OH失电子反应，电极方程式为：CH3OH－6e—＋H2O＝CO2↑＋6H+

考点：本题考查热化学方程式的书写、化学计算、平衡移动、化学方程式和电极方程式的书写。