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NO_X可以消除氮氧化物的污染，有望解決汽車尾氣污染問(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_(kāi)____________________________________
（2）已知H₂CO₃ HCO₃^－＋ H^＋   K_a1（H₂CO₃）=4.45×10^－7
HCO₃^－CO₃^2－＋H^＋               K_a2(HCO₃^－)=5.61×10^－11
HAH^＋＋A^－                  K_a(HA)=2.95×10^－8
請(qǐng)依據(jù)以上電離平衡常數(shù)，寫出少量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_(kāi)_____，當(dāng)a=0.875時(shí)，該條件下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)______________(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_(kāi)_______________________________________。

Answer 1

（1） CH₄－8e^－+ 10OH^－＝CO₃^2－+ 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)寫可逆符號(hào)或缺少條件的扣1分)

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^－＝CO₃^2－+ 7H₂O；首先寫出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)而寫出熱化學(xué)方程式。
（2）根據(jù)題目所給信息可知：K_a1（H₂CO₃）> K_a(HA) > K_a2(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。