Question

汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進入千家萬戶，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，當轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.8x mol時，該反應(yīng)生成

 

L N₂（標準狀況下）．
Ⅱ．一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎(chǔ)原料．可以還原金屬氧化物，可以用來合成很多有機物如甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等，還可以作燃料．
（1）在壓強為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)表達式為

 

．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
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=

 

．
（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O^2-．該電池負極的電極反應(yīng)式為

 

．
（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．實驗室用如圖裝置模擬上述過程：
①檢驗電解時產(chǎn)生的CO₂氣體，井穴板穴孔內(nèi)應(yīng)盛放

 

溶液．
②寫出凈化甲醇的離子方程式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,氧化還原反應(yīng)的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、依據(jù)化學方程式中元素化合價變化計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，每生成1molN2電子轉(zhuǎn)移0.4xmol電子計算；
Ⅱ、（1）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；
②增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理結(jié)合反應(yīng)特征是氣體體積減小的放熱反應(yīng)分析選項判斷；
（2）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需讓化學方程式；
（3）CO-空氣燃料電池中，燃料一氧化碳在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，依據(jù)傳導離子配平電荷守恒；
（4）①檢驗二氧化碳應(yīng)用澄清石灰水檢驗；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被還原生成Co²⁺．

解答： 解：I、2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，反應(yīng)中生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移2xmol電子，當轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.8x mol時，反應(yīng)生成氮氣0.2mol，
標準狀況下氣體體積為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=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
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，平衡逆向進行，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯誤；                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進行，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，故C錯誤；     
 D．再充入1mol CO和3mol H₂ ，反應(yīng)物濃度增大，平衡正向進行，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O^2-，燃料一氧化碳在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，用傳導離子O^2-，配平書寫該電池負極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+O^2-=CO₂；
故答案為：CO-2e^-+O^2-=CO₂；
（4）①檢驗電解時產(chǎn)生的CO₂氣體，用澄清石灰水檢驗二氧化碳的存在，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⁺；

點評：本題考查了化學平衡常數(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，根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學方程式，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)合傳導離子配平書寫，難度不大．