Question

13．汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進(jìn)入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，其污染問題也成為當(dāng)今社會急需解決的問題．
I．對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NO_x有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體．2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.8x mol時(shí)，該反應(yīng)生成4.48LN₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
II．一氧化碳是一種用途相當(dāng)廣泛的化工基礎(chǔ)原料．可以還原金屬氧化物，可以用來合成很多有機(jī)物如甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等，還可以作燃料．
（1）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD．
A．升高溫度                       B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大      D．再充入1mol CO和3mol H₂
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
則3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ•mol^-1．
（3）CO-空氣燃料電池中使用的電解質(zhì)是摻雜Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O²-．
該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+O^2-=CO₂．
（4）甲醇也是新能源電池的燃料，但它對水質(zhì)會造成一定的污染．有一種電化學(xué)法可消除這種污染．其原理是：2滴甲醇，1mL 1.0mol•L^-1硫酸，4mL 0.1mol•L^-1硫酸鈷（CoSO₄）混合溶液，插上兩根惰性電極，通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．實(shí)驗(yàn)室用如圖裝置模擬上述過程：
①檢驗(yàn)電解時(shí)產(chǎn)生的CO₂氣體，井穴板穴孔內(nèi)應(yīng)盛放澄清石灰水溶液．
②寫出凈化甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ、依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)變化計(jì)算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，每生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移0.4xmol電子計(jì)算；
Ⅱ、（1）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達(dá)式，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；
②增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合反應(yīng)特征是氣體體積減小的放熱反應(yīng)分析選項(xiàng)判斷；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需讓化學(xué)方程式；
（3）CO-空氣燃料電池中，燃料一氧化碳在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，依據(jù)傳導(dǎo)離子配平電荷守恒；
（4）①檢驗(yàn)二氧化碳應(yīng)用澄清石灰水檢驗(yàn)；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，結(jié)合電話守恒和原子守恒寫出電極反應(yīng)；

解答 解：I、2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，反應(yīng)中生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移2xmol電子，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.8x mol時(shí)，反應(yīng)生成氮?dú)?.2mol，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積為0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：4.48L；
II、（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率：
A．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO和3mol H₂ ，反應(yīng)物濃度增大，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故D正確；
故答案為：BD；
（2）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①×2+②+③得到：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ•mol^-1，
故答案為：-246.1KJ•mol^-1；
（3）CO-空氣燃料電池中使用的電解質(zhì)是攙雜Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-，燃料一氧化碳在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，用傳導(dǎo)離子O^2-，配平書寫該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+O^2-=CO₂，
故答案為：CO-2e^-+O^2-=CO₂；
（4）①檢驗(yàn)電解時(shí)產(chǎn)生的CO₂氣體，用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳的存在，井穴板穴孔內(nèi)應(yīng)盛放澄清石灰水，
故答案為：澄清石灰水；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺，溶液呈酸性，則生成物中含有氫離子，所以該反應(yīng)離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)概念、氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的分析應(yīng)用，原電池原理、蓋斯定律等知識點(diǎn)，根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式，根據(jù)得失電子書寫電極反應(yīng)式，注意電極反應(yīng)式要結(jié)合傳導(dǎo)離子配平書寫，難度中等．