Question

運用化學反應原理知識回答下列有關碳和碳的化合物的問題
（1）汽車尾氣的主要污染物是NO以及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的CO，它們是現(xiàn)代化城市的重要大氣污染物，為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染，人們開始探索利用NO和CO在一定條件下轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體E和F的方法（已知該反應在一定條件下可以自發(fā)進行）．在2L密閉容器中加入一定量NO和CO，當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質(zhì)平衡時物質(zhì)的量如表：

物質(zhì) T/℃n/mol T/℃	NO	CO	E	F
初始	0.100	0.100	0	0
T1	0.020	0.020	0.080	0.040
T2	0.010	0.010	0.090	0.045

①請結(jié)合上表數(shù)據(jù)，寫出NO與CO反應的化學方程式

 

，該反應的△S

 

0（填“＜”或“＞”）
②上述反應T₁℃時的平衡常數(shù)為K₁，T₂℃時的平衡常數(shù)為K₂．
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算K₁=

 

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，溫度T₁和T₂的關系是（填序號）

 

．
A．T₁＞T₂B．T₁＜T₂C．無法比較
（2）生成的CO₂經(jīng)常用氫氧化鈉來吸收，現(xiàn)有0.4mol CO₂，若用200mL 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序為：

 

．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

mol/L．
（4）已知CH₄，H₂和CO的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ/mol，-285.8kJ/mol和-283.0kJ/mol，工業(yè)上利用天然氣（主要成分CH₄）與CO₂進行高溫重整制備CO和H₂，寫出該反應的熱化學方程式：

 

．
（5）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，該電池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO 為負極燃氣，空氣與 CO₂ 的混合氣為正極助燃氣，制得在 650℃下工作的燃料電池，寫出其負極和正極電極反應方程式：
負極：

 

；正極：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：

分析：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，反應中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應移動，由于正反應是放熱，溫度降低平衡向放熱反應方向進行；
（2）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：1反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉來分析回答；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，設生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為xmol/L，則根據(jù)c（Ca²⁺）=

Ksp

c(CO 3 2-)

列方程求解，注意將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合時濃度都變成原來的一半；
（4）CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式，利用蓋斯定律書寫該反應的熱化學方程式；
（5）燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答： 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.08：0.08：0.08：0.04=2：2：2：1，反應中C被氧化，結(jié)合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，故反應方程式為：2CO+2NO?2CO₂+N₂；該反應是氣體體積減小的反應，所以△S＜0；故答案為：2CO+2NO?2CO₂+N₂；＜；
②從表中數(shù)據(jù)可知T₁℃時的平衡濃度c（CO）=（NO）=

0.02mol

2L

=0.01mol/L，c（N₂）=

0.04mol

2L

=0.02mol/L，c（CO₂）=

0.08mol

2L

=0.04mol/L，故T₁℃時該反應的平衡常數(shù)為K₁=

(0.04mol/L) 2×0.02mol/L

(0.01mol/L)2(0.01mol/L)2

=3200；表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向正反應移動，由于正反應是放熱反應，說明T₁＞T₂；
故答案為：3200；A；
（2）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：1反應，產(chǎn)物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產(chǎn)物是碳酸鈉，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物質(zhì)的量之比是2：3，所的溶液是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物；混合物顯堿性c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根離子水解程度大與碳酸氫根離子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，設生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為xmol/L，則根據(jù)c（Ca²⁺）=

Ksp

c(CO 3 2-)

，將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合時濃度都變成原來的一半，所以方程為

x

2

=

2.8×10 -9

2×10 -4 2

，所以解得x=5.6×10^-5mol/L，故答案為：5.6×10^-5．
（4）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式：
①O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ?mol ^-1；
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ?mol^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.03kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律將②-①-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ?mol ^-1，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ?mol ^-1；
（5）燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；原電池電極反應，正極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；負極上的電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；
故答案為：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點評：本題考查反應速率、化學平衡常數(shù)、平衡移動原理、電解池原理、熱化學方程式和蓋斯定律分析計算應用，注意反應產(chǎn)物的分析判斷和電極反應式的正確書寫，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．