Question

（12分）为应对环境污染，使得对如何减少煤燃烧和汽车尾气中各种含碳、氮、硫等气体的排放，及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。

（1）为减少煤燃烧中废气的排放，常将煤转化为清洁气体燃料。请写出焦炭与水蒸气高温下反应的化学方程式：                。

（2）选择适当的催化剂在高温下可将汽车尾气中的 CO、NO转化为无毒气体。

已知：①2CO(g）+O₂(g）=2CO₂(g）              ∆H₁=-566 kJ∙mol^-1

②2NO(g）+2CO(g） ⇋ N₂(g）+ 2CO₂(g）          ∆H₂=-746 kJ∙mol^-1

则反应N₂(g）+ O₂(g）= 2NO(g）的∆H＝            kJ∙mol^-1。

（3）在一定温度下，向1L密闭容器中充入0．5 mol NO、2 mol CO，发生上述反应②，20s反应达平衡，此时CO的物质的量为1．6 mol。在该温度下反应的平衡常数K=        。

（4）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为_______________。

（5）氮氧化物进入水体可转化为NO₃^─，电化学降解法可用于治理水中NO₃^─的污染。原理如图所示。

电源正极为     (填“A”或“B”），若电解过程中转移了0．4mol电子，则处理掉的NO₃^─为       g。

Answer

（1）C+H2O(g）CO+ H2 （2分） （2）+180（2分） （3）1.25（2分）

（4）CO2+2e-+2H+＝HCOOH（2分） （5）A（2分）；4.96g（2分）

【解析】

试题分析：（1）碳与水蒸气在高温条件下反应生成CO和氢气的清洁气体燃料，反应的化学方程式是C+H2O(g）CO+ H2；

（2）已知：①2CO(g）+O2(g）＝2CO2(g） △H1=-566 kJ∙mol-1，②2NO(g）+2CO(g）N2(g）+ 2CO2(g） △H2=-746 kJ∙mol-1，则根据盖斯定律可知①—②即得到反应N2(g）+ O2(g）= 2NO(g）的△H＝△H1-△H2＝+180kJ/mol；

（3）根据题意，平衡时，CO的物质的量是1.6mol，则消耗CO的物质的量是1.6mol，剩余CO的物质的量是0.4mol，平衡浓度即为1.6mol/L，根据化学方程式可计算剩余NO的物质的量浓度是0.1mol/L，生成二氧化碳的浓度是0.4mol/L，氢气的浓度是0.2mol/L，则根据化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值可知该反应的平衡常数K＝(0.2×0.42）÷（0.12×1.62）＝1.25；

（4）根据装置图可知，b极是二氧化碳得到电子，与氢离子结合为甲酸，电极反应式是CO2+2e-+2H+＝HCOOH；

（5）电解池的右侧是硝酸根离子转化为氮气，N元素的化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，与电源的负极相连，所以B为负极，A是正极；硝酸根离子反应的电极反应式是2NO3-+10e-+12H+＝N2+6H2O。若电解过程中转移了0.4mol电子，则处理掉的NO3─的物质的量是0.4mol÷5＝0.08mol，其质量是0.08mol×62g/mol＝4.96g。

考点：考查盖斯定律的应用，平衡常数的计算，电化学反应原理的应用