Question

17．為應(yīng)對(duì)環(huán)境污染，使得對(duì)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(fā)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(zhuǎn)化為清潔氣體燃料．請(qǐng)寫出焦炭與水蒸氣高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（2）選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎┰诟邷叵驴蓪⑵�車尾氣中�?nbsp;CO、NO轉(zhuǎn)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(yīng)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(fā)生上述反應(yīng)②，
20s反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)CO的物質(zhì)的量為1.6mol．在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.25．
（4）將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)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(fā)生的電極反應(yīng)式為CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH．

（5）氮氧化物進(jìn)入水體可轉(zhuǎn)化為NO₃^─，電化學(xué)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(zhuǎn)移了0.4mol電子，則處理掉的NO₃^─為4.96g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)質(zhì)量和原子守恒，焦炭與水蒸氣高溫下反應(yīng)生成兩種可燃性氣體，據(jù)此書寫方程式；
（2）據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算；
（3）結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)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(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)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(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（5）該裝置中，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則Ag-Pt電極為陰極，反應(yīng)式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，Pt電極為陽極，連接陽極的電極為正極，據(jù)此分析計(jì)算；

解答 解：（1）根據(jù)質(zhì)量和原子守恒，焦炭與水蒸氣高溫下反應(yīng)生成兩種可燃性氣體為CO和H₂，則反應(yīng)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(jù)蓋斯定律計(jì)算①-②得到反應(yīng)的熱化學(xué)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(fā)生上述反應(yīng)②，20S反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)CO的物質(zhì)的量為1.6mol，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)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(zhì)的量數(shù)值為濃度數(shù)值，計(jì)算得到平衡常數(shù)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(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)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(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，故答案為：CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH；
（5）根據(jù)圖知，電解槽右邊部分N元素化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以硝酸根離子發(fā)生還原反應(yīng)，則Ag-Pt電極為陰極，反應(yīng)式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，Pt電極為陽極，所以A是正極；又轉(zhuǎn)移了0.4mol電子，根據(jù)陰極反應(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法，化學(xué)平衡的計(jì)算分析判斷，原電池和電解池的原理的分析與計(jì)算，題目難度中等．