Question

【題目】2016年冬季全國大部分地區出現霧霾現象，汽車尾氣是造成霧霾的原因之一，汽車尾氣含CO、NO等有毒氣體。為了減少CO對大氣的污染，某研究性學習小組擬研究CO和H2O反應轉化為綠色能源H2。已知：

2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)； ΔH = －566kJ·moL－1

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)； ΔH = －483.6KJ·moL－1

H2O (g)＝H2O(l)； ΔH = －44.0KJ·moL－1

（1）氫氣燃燒熱ΔH=__________；

（2）寫出CO和H2O(g)作用生成CO2和H2的熱化學方程式______________。

（3）往1L體積不變的容器中加入0.200mol CO和1.00mol H2O(g)，在t℃時反應并達到平衡，若該反應的化學平衡常數K=1（方程式中各物質前化學計量數為最簡整數比），則t℃時CO的轉化率為________；反應達到平衡后，升高溫度，此時平衡常數將____（填“變大”、“不變”或“變小”）。

（4）從汽車尾氣中分離出CO與O2、熔融鹽Na2CO3組成的燃料電池，同時采用電解法制備N2O5，裝置如圖所示，其中Y為CO2。寫出石墨I電極上發生反應的電極反應式_______________________________。在電解池中生成N2O5的電極反應式為__________________________________。

（5）在一定條件下，用NH3處理汽車尾氣中的NO。已知NO與NH3發生反應生成N2和H2O，現有NO和NH3的混合物1mol，充分反應后得到的還原產物比氧化產物多1.4 g，則原反應混合物中NO的物質的量可能是_____________。

Answer 1

【答案】 -285.8 kJ·moL－1 CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g) ΔH=-41. 2KJ·moL－1 83.3% 減小 CO + CO32－－2e－ = 2CO2 N2O4 + 2HNO3—2e— = 2N2O5 +2H＋ 0.3mol或0.8mol

【解析】（1）由2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)； ΔH =－483.6KJ·moL－1、2H2O (g)＝2H2O(l)； ΔH =－88.0KJ·moL－1，即2mol氫氣燃燒生成液態水，放出的熱量為483.6kJ+88kJ＝571.6kJ，則1mol氫氣燃燒生成液態水時放出的熱量為571.6kJ÷2=285.8kJ，所以氫氣的燃燒熱為-285.8 kJmoL-1；（2）由①2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566KJ/mol、②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6KJ/mol，根據蓋斯定律可知(①②)/2得CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）的反應熱△H=[566kJ/mol(483.6kJ/mol)]/2=-41.2kJ/mol，即熱化學反應方程式為CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ/mol；（3）根據方程式可知

CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）

開始(mol/L) 0.2 1 0 0

轉化(mol/L) x x x x

平衡(mol/L) 0.2-x 1-x x x

t℃時反應并達到平衡，若該反應的化學平衡常數K=1，則x×x/(0.2x)×(1x)=1，解得x=1/6，所以CO的轉化率為1/(6×0.2)×100%=83.3%；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小；（4）燃料原電池中，負極上燃料失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為CO+CO32－－2e－=2CO2；N2O5中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應該在左側生成N2O5，即在陽極區域生成，據電極反應離子放電順序可知：陰極發生2H++2e-=H2↑的反應，則陽極為N2O4+2HNO3－2e—=2N2O5+2H＋；（5）反應的方程式為：6NO+4NH3=5N2+6H2O，6molNO還原得到3molN2，4molNH3，氧化得到2molN2，兩者相差1molN2，現相差1.4g，物質的量=1.4g÷28g/mol=0.05mol，相當于0.3molNO和0.2molNH3反應，依題意NO和NH3的總物質的量為1mol，其中必有一種為過量，所以有兩種情況：0.3molNO和0.7molNH3或0.2molNH3和0.8molNO。