Question

碳和硅屬于同主族元素，在生活生產(chǎn)中有著廣泛的用途。

（1）甲烷可用作燃料電池，將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成甲烷燃料電池，通入CH4的一極，其電極反應(yīng)式是????????????????? ；

CH4催化還原NOX可以消除氮氧化物的污染，有望解決汽車(chē)尾氣污染問(wèn)題，反應(yīng)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

則NO2被甲烷還原為N2的熱化學(xué)方程式為_____________________________________

（2）已知H2CO3 HCO3－＋ H＋?? Ka1（H2CO3）=4.45×10－7

HCO3－CO32－＋H＋?????????????? Ka2(HCO3－)=5.61×10－11

HAH＋＋A－????????????????? Ka(HA)=2.95×10－8

請(qǐng)依據(jù)以上電離平衡常數(shù)，寫(xiě)出少量CO2通入到NaA溶液中的離子方程式

___________________________。

（3） 在T溫度時(shí)，將1.0molCO2和3.0molH2充入2L密閉恒容器中，可發(fā)生反應(yīng)的方程式為CO2 (g) + 3H2(g) CH3OH(g) + 2H2O(g) 。充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為a ：1，則CO2轉(zhuǎn)???? 化率為______，當(dāng)a=0.875時(shí)，該條件下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______________(用分?jǐn)?shù)表示)。

（4）氮化硅（Si3N4）是一種新型陶瓷材料，它可由石英(SiO2)與焦炭在高溫的氮?dú)饬髦蟹磻?yīng)生成，已知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=［c(CO)］6/［c(N2)］2，若已知CO生成速率為v(CO)＝6mol·L-1·min-1，則N2消耗速率為v(N2)＝??????????? ；該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（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，數(shù)值2分)

（2） CO2+ A－+ H2O = HCO3－+ HA

（3） 400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%(3分，沒(méi)有表示為百分號(hào)形式的不得分)

8/27 L/mol (3分，沒(méi)有單位或單位錯(cuò)誤扣1分)

（4） 2mol·L-1·min-1(3分，沒(méi)有單位或單位錯(cuò)誤扣1分)；

3SiO2+6C+ 2N2Si3N4+ 6CO(沒(méi)寫(xiě)可逆符號(hào)或缺少條件的扣1分)

【解析】

試題分析：（1）甲烷在堿性條件下失電子生成CO32?，配平可得電極方程式：CH4－8e－+ 10OH－＝CO32－+ 7H2O；首先寫(xiě)出NO2與CH4反應(yīng)的化學(xué)方程式并注明狀態(tài)，然后根據(jù)蓋斯定律求?H，第二個(gè)反應(yīng)對(duì)比N2，第一個(gè)反應(yīng)與第二個(gè)反應(yīng)抵消NO，所以?H=1/2?H1+1/2?H2=－867kJ·mol-1，進(jìn)而寫(xiě)出熱化學(xué)方程式。

（2）根據(jù)題目所給信息可知：Ka1（H2CO3）> Ka(HA) > Ka2(HCO3－)，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理，少量CO2通入到NaA溶液中的離子方程式為：CO2+ A－+ H2O = HCO3－+ HA

（3）因?yàn)閴簭?qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，設(shè)CO2的轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式進(jìn)行計(jì)算：

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

起始物質(zhì)的量（mol）? 1??????? 3?????????? 0???????? 0

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量（mol）? x??????? 3x????????? x???????? 2x

平衡物質(zhì)的量（mol） 1-x????? 3-3x????????? x???????? 2x

則（4-x）：4=a：1，解得x=4-4a，所以CO2的轉(zhuǎn)化率為：400(1-a)%或4(1-a)×100%或(4-4a)×100%；

a=0.875時(shí)，x=0.5，則平衡常數(shù)為：0.5mol/L×（1mol?L?1）2÷[0.5mol/L×(1.5mol?L?1)3]=8/27 L/mol。

（4）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K=［c(CO)］6/［c(N2)］2，可得化學(xué)方程式中CO的系數(shù)為6，N2的系數(shù)為2，反應(yīng)物還有SiO2和C，生成了Si3N4，配平可得化學(xué)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。

考點(diǎn)：本題考查電極方程式、離子方程式、化學(xué)方程式、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算。