Question

能源开发、环境保护、资源利用等是当今社会的热门话题。请根据所学化学知识回答下列问题：

（1）汽车上安装催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NOx、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染。

已知：N₂(g) + O₂(g)＝2NO(g) △H＝+180.5 kJ · mol^－1；

2C(s)+ O₂(g)＝2CO(g) △H＝－221.0 kJ · mol^－1；

C(s)+ O₂(g)＝CO₂(g) △H＝－393.5 kJ · mol^－1；

则尾气转化反应2NO(g) +2CO(g)＝N₂(g)+2CO₂(g)的△H＝________________。

（2）汽车尾气分析仪对CO的含量分析是以燃料电池为工作原理，其装置如下图所示，该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质中自由移动。

下列说法中正确的是_____________(填字母序号)。

A．负极的电极反应式为：CO + O^2－―2e^－＝CO₂

B．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

C．工作时电极b作正极，O^2－由电极a通过固体介质向电极b迁移

D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

（3）某硝酸厂利用甲醇处理废水。在一定条件下，向废水中加入CH₃OH，将HNO₃还原成N₂。若该反应消耗32 g CH₃OH转移6 mol电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比为______________。

（4）煤的间接液化是先转化为CO和H₂，再在催化剂作用下合成甲醇。若在一定温度下，向1 L密闭容器中加入CO和H₂，发生反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，经10 min反应达到平衡时测得各组分的浓度如下：

物 质	CO	H2	CH3OH
浓度/(mol·L^－^1)	1.2	1.0	0.6

①该反应的平衡常数表达式为：K＝_____________________。

②该时间内反应速率υ(H₂)＝_________________。

③平衡时CO的转化率为_________________(保留1位小数)。

Answer

－746.5 kJ · mol－1 A B D 5 : 6 0.12 mol/(L·min) 33.3%

【解析】

（1）依据盖斯定律计算热化学方程式；

（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，电子从负极沿外电路流向正极，注意O2-可以在固体介质中自由移动；

（3）根据消耗甲醇的量和转移电子的物质的量来书写方程式，并确定氧化剂和还原剂的量的比；

（4）列三段式进行分析。

（1）①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5 kJ · mol－1；

②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H=-221.0 kJ · mol－1；

③C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5 kJ · mol－1

依据盖斯定律③×2-①-②得到 2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=（-393.5 kJ · mol－1）×2-180.5 kJ · mol－1-（-221.0 kJ · mol－1）=-746.5 kJ · mol－1；

（2）由图可知，在负极一氧化碳失电子生成二氧化碳，电池中电解质为氧化钇-氧化钠，正极氧气得电子生成O2－，其中O2－可以在固体介质中自由移动

A．在负极一氧化碳失电子生成二氧化碳，负极的电极反应式为：CO+O2－-2e－=CO2 ；故A正确；

B．工作时，电子由负极沿外电路流向正极，电子由电极a通过传感器流向电极b，故B正确；

C．工作时电极b作正极，O2－由电极b通过固体介质向电极a迁移，故C错误；

D．传感器中通过的电流越大，一氧化碳失电子越多，尾气中CO的含量越高，故D正确；

故选A B D；

（3）消耗32g（1mol）CH3OH转移6mol电子，CH3OH中碳元素的化合价为-2价，则反应后碳的化合价为+4，生成CO2，根据化合价升降总数相等、结合原子守恒得：5CH3OH+6HNO3═5CO2↑+3N2↑+13H2O，氧化剂是硝酸，还原剂是甲醇，参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是5：6；

（4）①发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，依据平衡常数定义写出为K=；

②发生反应达到平衡，物质的浓度已知，可以依据三段式列式计算；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量（mol·L－1） 1.8 2.2 0

变化量（mol·L－1） 0.6 1.2 0.6

平衡量（mol·L－1） 1.2 1.0 0.6

υ（H2）=1.2mol·L－1÷10min=0.12 mol/（L·min）；

③依据②计算平衡时一氧化碳转化率=×100%=33.3%。