Question

2．汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一，尾氣中的主要污染物為C_xH_y、NO、CO、SO₂及固體顆粒物等．研究汽車尾氣的成分及其發(fā)生的反應(yīng)，可以為更好的治理汽車尾氣提供技術(shù)支持．請回答下列問題：
（1）治理尾氣中NO和CO的一種方法是：在汽車排氣管上裝一個催化轉(zhuǎn)化裝置，使二者發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成無毒無污染氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂．
（2）活性炭也可用于處理汽車尾氣中的NO．在1L恒容密閉容器中加入0.1000mol NO和2.030mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，在不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強如下表：

	活性炭/mol	NO/mol	A/mol	B/mol	p/MPa
200℃	2.00	0.0400	0.0300	0.0300	3.93
335℃	2.005	0.050	0.0250	0.0250	p

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，寫出容器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式C+2NO?N₂+CO₂并判斷p＞3.93MPa（用“＞”、“＜“或“=”填空）．計算反應(yīng)體系在200℃時的平衡常數(shù)Kp=0.5625（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù)）．
（3）汽車尾氣中的SO₂可用石灰水來吸收，生成亞硫酸鈣濁液．常溫下，測得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，已知K_al（H₂SO₃）=1.8×10^-2，K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9，忽略SO₃^2-的第二步水解，則Ksp（CaSO₃）=4.2×10^-9．
（4）尾氣中的碳氫化合物含有甲烷，其在排氣管的催化轉(zhuǎn)化器中可發(fā)生如下反應(yīng)CH₄（g）+H₂0（1）?CO（g）+3H₂ （g）△H=+250.1kJ•mol^-l．已知CO（g）、H₂（g）的燃燒熱依次為283.0kJ•mol^-1、285.8kJmol^-1，請寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol．以CH₄（g）為燃料可以設(shè)計甲烷燃料電池，該電池以稀H₂S0₄作電解質(zhì)溶液，其負極電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，已知該電池的能量轉(zhuǎn)換效率為86.4%，則該電池的比能量為13.4kW•h•kg^-1（結(jié)果保留1位小數(shù)，比能量=$\frac{電池輸出電能（kW•h）}{燃料質(zhì)量（kg）}$，lkW•h=3.6×1 0⁶J）．

Answer 1

分析 （1）已知反應(yīng)物和生成物，可結(jié)合質(zhì)量守恒定律書寫方程式并配平；
（2）碳和一氧化氮反應(yīng)生成氮氣和二氧化碳，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變；根據(jù)Kp=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
（3）常溫下，測得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，由可知CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），且SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解Kh=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，以此計算c（SO₃^2-），溶液中c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），結(jié)合K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）計算；
（4）根據(jù)蓋斯定律解題；CH₄燃料電池中，CH₄從負極通入，在反應(yīng)中失電子被氧化，酸性條件下生成二氧化碳和水；設(shè)燃料為1kg計算．
$\frac{電池輸出電能（kW•h）}{燃料質(zhì)量（kg）}$．

解答 解：（1）在催化劑條件下NO和CO反應(yīng)，生成CO₂和N₂，反應(yīng)的方程式為2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂；
（2）碳和一氧化氮反應(yīng)生成氮氣和二氧化碳：C+2NO?N₂+CO₂；反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，溫度升高壓強增大；Kp=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.0{4}^{2}}$=0.5625，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；＞；0.5625；
（3）由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解K_h=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，
常溫下，測得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，c（HSO₃^-）=c（OH^-）=1×10^-5，
可知c（SO₃^2-）=$\frac{（1×1{0}^{-5}）^{2}}{1.67×1{0}^{-4}}$=6×10^-5，
又c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）=7×10^-5，
K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）=7×10^-5×6×10^-5=4.2×10^-9，
故答案為：4.2×10^-9；
（4）①CH₄（g）+H₂O（1）?CO（g）+3H₂ （g）△H=+250.1kJ．mol^-l
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
①+②+③×3得CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol，
在CH₄燃料電池中，負極上是燃料CH₄發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在酸性環(huán)境下，電極反應(yīng)為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
設(shè)燃料為1kg，放出的能量為$\frac{1000}{16}$×890.3KJ×86.4%=4.81×10⁷J；比能量為$\frac{4.81×1{0}^{7}J}{3.6×1{0}^{6}J}$=13.4，
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；13.4．

點評 本題綜合考查難容電解質(zhì)的溶解平衡以及弱電解質(zhì)的電離、CH₄燃燒熱的熱化學(xué)方程式書寫、原電池原理的應(yīng)用，主要考查了燃料電池的電極方程式的書寫，題目難度不大，注意電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極方程式的影響．