Question

18．能源是人類生存與發(fā)展必不可缺的物質(zhì)，對(duì)傳統(tǒng)能源進(jìn)行脫硫、脫硝處理，提高新能源在能源消費(fèi)中的比倒是改變目前我國(guó)頻發(fā)的霧霾天氣的有效措施．

（1）肼（N₂H₄）和化合物甲是一種重要的火箭推進(jìn)劑，甲分子與肼分子具有相同的電子數(shù)，二者反應(yīng)的生成物中有l(wèi)0e^-分子，另一種生成物為極穩(wěn)定的單質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式N₂H₄+2H₂O₂=N₂↑+4H₂O；
（2）對(duì)燃煤產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行回收處理，有助于空氣質(zhì)量的改善，還能變廢為寶，尾氣處理過程中涉及到的主要反應(yīng)如下：
①2CO（g）+SO₂（g）=S（g）+2CO₂（g）△H=+8.0kJ•mol^-1
②2H₂ （g）+SO₂（g）=S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H=-566.0kJ•mol^-1l
④2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
S（g）與O₂（g）反應(yīng)生成SO₂ （g）的熱化學(xué)方程式為S（g）+O₂（g）=SO₂ （g）△H=-574kJ•mol^-1．
（3）煤碳液化也有助于減少霧霾天氣的發(fā)生，液化反應(yīng)之一為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜O；按照相同的物質(zhì)的量投料，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，則正反應(yīng)速率：v（a）、v（b）、v（c）、v（d）由小到大的順序?yàn)関（d）＜v（a）＜v（b）＜v（c）；
實(shí)際生產(chǎn)條件控制在T₁℃、1×l0⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是壓強(qiáng)為1×l0⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，壓強(qiáng)再增大，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，生成成本增大，得不償失．
（4）工業(yè)上生產(chǎn)新能源二甲醚（CH₃OCH₃）的原理之一為：
2CO₂（g）+6H₂（ g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．相同溫度下，在兩個(gè)容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，某時(shí)刻兩容器中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度（mol•L^1-）及正逆反應(yīng)速率之間的關(guān)系如下表所示：

容器	c（CO2）	c（H2）	c（CH3OCH3）	c（H2O）	v（正）和v（逆）大小比較
I	1.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	1.0×10-4	v（正）=v（逆）
Ⅱ	2.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	2.0×10-4	v　正）＜ v（逆）（填＞、＜、=）

填寫表中空白處并寫出其推測(cè)過程I處于平衡狀態(tài)，則平衡常數(shù)k=$\frac{1×1{0}^{-4}×（1×1{0}^{-4}）^{3}}{（1×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=1，Ⅱ中濃度商Qc=$\frac{1×1{0}^{-4}×（2×1{0}^{-4}）^{3}}{（2×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=2，則Qc＞K=1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行．
（5）二甲醚（燃燒熱為1455kJ/mol）燃料電池是一種綠色電池，其工作原理如圖2所示，a、b均為惰性電極，a極的電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺；當(dāng)消耗1molO₂時(shí)，通過質(zhì)子交換膜的質(zhì)子數(shù)為4N_A；
若電池工作時(shí)消耗1mol二甲醚所能產(chǎn)生的最大電能為1320kJ，則該燃料電池的工作效率為90.7%  （燃料電池的工作效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料燃燒時(shí)所能釋放的全部熱能之比）．

Answer 1

分析 （1）甲分子與肼分子具有相同的電子數(shù)，二者反應(yīng)的生成物中有l(wèi)0e^-分子，另一種生成物為極穩(wěn)定的單質(zhì)，該單質(zhì)為氮?dú)�，甲具有�?qiáng)氧化性且含有18單質(zhì)，可推知甲為H₂O₂，生成10電子分子為H₂O；
（2）由蓋斯定律可知，④-②得：S（g）+O₂（g）=SO₂ （g），以此計(jì)算△H；
（3）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，一定壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故溫度T₃＞T₂＞T₁，相同溫度下，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，相同壓強(qiáng)下，溫度越高反應(yīng)速率越快；
在T₁℃、1×l0⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，壓強(qiáng)再增大，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，生成成本增大；
（4）I處于平衡狀態(tài)，根據(jù)I中數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，再計(jì)算Ⅱ中濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷正、逆反應(yīng)速率相對(duì)大�。�
（5）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，酸性條件下生成二氧化碳，根據(jù)電荷守恒可知有氫離子生成，結(jié)合守恒書寫；
正極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，據(jù)此計(jì)算通過質(zhì)子交換膜的質(zhì)子數(shù)；
根據(jù)燃燒熱計(jì)算1mol甲醚完全燃燒放出的熱量，再根據(jù)電池的工作效率定義計(jì)算．

解答 解：（1）甲分子與肼分子具有相同的電子數(shù)，二者反應(yīng)的生成物中有l(wèi)0e^-分子，另一種生成物為極穩(wěn)定的單質(zhì)，該單質(zhì)為氮?dú)猓�甲具有�?qiáng)氧化性且含有18單質(zhì)，可推知甲為H₂O₂，生成10電子分子為H₂O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂H₄+2H₂O₂=N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+2H₂O₂=N₂↑+4H₂O；
（2）已知：①2CO（g）+SO₂（g）=S（g）+2CO₂（g）△H=+8.0kJ•mol^-1
②2H₂ （g）+SO₂（g）=S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H=-566.0kJ•mol^-1l
④2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，④-②得：S（g）+O₂（g）=SO₂ （g）△H=-574kJ•mol^-1，
故答案為：S（g）+O₂（g）=SO₂ （g）△H=-574kJ•mol^-1；
（3）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，一定壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故溫度T₃＞T₂＞T₁，相同壓強(qiáng)下，溫度越高反應(yīng)速率越快，故v（a）＜v（b）＜v（c），d點(diǎn)壓強(qiáng)小于a，故反應(yīng)速率v（d）＜v（a），故反應(yīng)速率v（d）＜v（a）＜v（b）＜v（c）；
在T₁℃、1×l0⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，壓強(qiáng)再增大，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，生成成本增大，得不償失；
故答案為：v（d）＜v（a）＜v（b）＜v（c）；壓強(qiáng)為1×l0⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，壓強(qiáng)再增大，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，生成成本增大，得不償失；
（4）I處于平衡狀態(tài)，則平衡常數(shù)k=$\frac{1×1{0}^{-4}×（1×1{0}^{-4}）^{3}}{（1×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=1，Ⅱ中濃度商Qc=$\frac{1×1{0}^{-4}×（2×1{0}^{-4}）^{3}}{（2×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=2，則Qc＞K=1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，故v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；I處于平衡狀態(tài)，則平衡常數(shù)k=$\frac{1×1{0}^{-4}×（1×1{0}^{-4}）^{3}}{（1×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=1，Ⅱ中濃度商Qc=$\frac{1×1{0}^{-4}×（2×1{0}^{-4}）^{3}}{（2×1{0}^{-2}）^{2}×（1×1{0}^{-2}）^{6}}$=2，則Qc＞K=1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
（5）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，酸性條件下生成二氧化碳，根據(jù)電荷守恒可知有氫離子生成，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺；
正極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，當(dāng)消耗1molO₂時(shí)，通過質(zhì)子交換膜的質(zhì)子數(shù)為4N_A；
二甲醚燃燒熱為1455kJ/mol，則1mol甲醚完全燃燒放出的熱量為1455kJ，若電池工作時(shí)消耗1mol二甲醚所能產(chǎn)生的最大電能為1320kJ，則該燃料電池的工作效率為$\frac{1320kJ}{1455kJ}$×100%=90.7%，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺；4；90.7%．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及無機(jī)物推斷、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率因素、化學(xué)平衡常數(shù)應(yīng)用、原電池原理及有關(guān)計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用、分析解決問題的能力，化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算及其應(yīng)用成為高考的�？贾�識(shí)點(diǎn)，難度中等．