Question

（14分）氫是一種重要的非金屬元素。氫的單質及其化合物在科學研究和工業(yè)生產中有著廣泛而重要的作用。

（1）某硝酸廠處理尾氣中NO的方法是：催化劑存在時用H2將NO還原為N2。

已知：

則H2還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是：

。

（2）在一定條件下，用H2將二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：

CO2(g)+4H2 (g) CH4 (g)+2H2O(g)

向一容積為2 L的恒容密閉容器中充人一定量的CO2和H2，在300℃時發(fā)生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO2 0.2mol·L一1，H2 0.8mol·L一1，CH40.8mol·L一1，H2O1.6mol·L一1。則CO2的平衡轉化率為 。上述反應的平衡常數表達式K= 。200℃時該反應的平衡常數K=64.8，則該反應的△H 0（填“>’’或“<”）。

（3）某研究小組以H2與CaCl2制備某種鈣的化合物。已知反應只生成甲、乙兩種化合物。對產物分析發(fā)現：化合物甲的組成中鈣、氯元素的質量分數分別為52.29%、46.41%，化合物乙的水溶液顯酸性。請回答下列問題：

①乙的化學式為 。

②甲與水反應可得H2，其化學方程式是：

。

（4）H2的獲得途徑很多，由哈工大研究小組設計的微生物電解有機廢水法，既可以清除廢水中的有機雜質，同時可以獲得氫氣。下圖為一種處理含甲醇工業(yè)廢水的微生物電解池，寫出電解過程中，陽極發(fā)生的電極反應式： 。

 

 

Answer 1

（1）2NO(g) +2H2(g)＝N2(g) + 2H2O(g) △H＝－665kJ·moL－1（2分）

（2）80%； c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2)；＜ （各2分）

（3）①HCl（2分） ②2CaHCl + 2H2O＝CaCl2 + Ca(OH)2 + 2H2↑（3分）

（4）CH3OH－6e—＋H2O＝CO2↑＋6H+

【解析】

試題分析：（1）首先寫出H2還原NO生成氮氣和水蒸氣的化學方程式并注明狀態(tài)：2NO(g) +2H2(g)＝N2(g) + 2H2O(g)，然后根據鍵能求出焓變，?H=2×630kJ?mol?1+2×436kJ?mol?1—945kJ?mol?1—4×463kJ?mol?1=－665kJ·moL－1，可得熱化學方程式。

（2）設起始時CO2和H2的物質的量濃度分別為x、y；

        CO2（g）+4H2（g）?CH4（g）+2H2O（g）

起始濃度（mol?L?1） x     y    0     0

變化濃度（mol?L?1） 0.8    3.2 0.8   1.6   

平衡濃度（mol?L?1） 0.2    0.8  0.8    1.6

x=0.8mol?L?1 +0.2mol?L?1 =1mol?L?1，y=3.2mol?L?1 +0.8mol?L?1 =4mol/L；

CO2的平衡轉化率=0.8mol?L?1 ÷1mol?L?1×100%=80%；根據平衡常數的含義可知平衡常數表達式K= c(CH4)·c2(H2O)/c(CO2)·c4(H2)；300℃時平衡常數為：0.8×1.62 ÷（0.2×0.84）=25，200℃時該反應的平衡常數K=64.8，說明溫度升高，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，則該反應為放熱反應，?H<0。

（3）①化合物乙的水溶液顯酸性，根據元素守恒知乙為氯化氫。

②化合物甲的組成中鈣、氯元素的質量分數分別為52.29%、46.41%，還有一種元素，根據反應中元素守恒知，另一種元素為氫元素，則其鈣原子、氯原子和氫原子個數之比=52.29%/40:46.41%/35.5:(1-52.29%-46.41%)/1=1:1:1，所以所以甲的化學式為CaHCl，甲和水反應生成氫氣，同時生成氯化鈣、氫氧化鈣，反應方程式為：2CaHCl+2H2O=CaCl2+Ca（OH）2+2H2↑

（4）陽極上發(fā)生CH3OH失電子反應，電極方程式為：CH3OH－6e—＋H2O＝CO2↑＋6H+

考點：本題考查熱化學方程式的書寫、化學計算、平衡移動、化學方程式和電極方程式的書寫。