Question

（14分）氫是一種重要的非金屬元素。氫的單質(zhì)及其化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)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(xué)方程式是：
                                                  。
（2）在一定條件下，用H₂將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)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(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)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(zhuǎn)化率為   。上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=     。200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)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(yīng)只生成甲、乙兩種化合物。對產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)：化合物甲的組成中鈣、氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xué)式為            。
②甲與水反應(yīng)可得H₂，其化學(xué)方程式是：
                                。
（4）H₂的獲得途徑很多，由哈工大研究小組設(shè)計的微生物電解有機(jī)廢水法，既可以清除廢水中的有機(jī)雜質(zhì)，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(yīng)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(xué)方程式并注明狀態(tài)：2NO(g) +2H₂(g)＝N₂(g) + 2H₂O(g)，然后根據(jù)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(xué)方程式。
（2）設(shè)起始時CO₂和H₂的物質(zhì)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(zhuǎn)化率=0.8mol?L?¹÷1mol?L?¹×100%=80%；根據(jù)平衡常數(shù)的含義可知平衡常數(shù)表達(dá)式K= c(CH₄)·c²(H₂O)/c(CO₂)·c⁴(H₂)；300℃時平衡常數(shù)為：0.8×1.6²    ÷（0.2×0.8⁴）=25，200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，說明溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，?H<0。
（3）①化合物乙的水溶液顯酸性，根據(jù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為52.29%、46.41%，還有一種元素，根據(jù)反應(yīng)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(shù)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(xué)式為CaHCl，甲和水反應(yīng)生成氫氣，同時生成氯化鈣、氫氧化鈣，反應(yīng)方程式為：2CaHCl+2H₂O=CaCl₂+Ca（OH）₂+2H₂↑
（4）陽極上發(fā)生CH₃OH失電子反應(yīng)，電極方程式為：CH₃OH－6e^—＋H₂O＝CO₂↑＋6H⁺
考點：本題考查熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)計算、平衡移動、化學(xué)方程式和電極方程式的書寫。