Question

1．I．“低碳經(jīng)濟(jì)”時代，科學(xué)家利用“組合轉(zhuǎn)化”等技術(shù)對CO₂進(jìn)行綜合利用．

（1）CO₂和H₂在一定條件下可以生成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g）+CH₂═CH₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1
已知：H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，CH₂=CH₂（g）的燃燒熱為1411.0kJ•mol^-1，H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，則a=-127.8kJ•mol^-1．
（2）上述生成乙烯的反應(yīng)中，溫度對CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率及催化劑的催化效率影響如圖1，下列有關(guān)說法不正確的是①②④（填序號） 
①溫度越高，催化劑的催化效率越高
②溫發(fā)低于250℃時，隨著溫度升高，乙烯的產(chǎn)率增大
③M點(diǎn)平衡常數(shù)比N點(diǎn)平衡常數(shù)大
④N點(diǎn)正反應(yīng)速率一定大于M點(diǎn)正反應(yīng)速率
⑤增大壓強(qiáng)可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)
（3）2012年科學(xué)家根據(jù)光合作用原理研制出“人造樹葉”．如圖2是“人造樹葉”的電化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖，該裝置能將H₂O和CO₂轉(zhuǎn)化為O₂和有機(jī)物C₃H₈O．陰極的電極反應(yīng)式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O

II．為減輕大氣污染，可在汽車尾氣排放處加裝催化轉(zhuǎn)化裝置，反應(yīng)方程式為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
（4）上述反應(yīng)使用等質(zhì)量的某種催化劑時，溫度和催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響對比實(shí)驗(yàn)如下表，c（NO）濃度隨時間（t）變化曲線如3圖：

編號	T（℃）	NO初始濃度（mol/L）	CO初始濃度（mol/L）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	a	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	b

①表中a=1.20×10^-3．
②實(shí)驗(yàn)說明，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
③若在500℃時，投料$\frac{c（NO）}{c（CO）}$=1，NO的轉(zhuǎn)化率為80%，則此溫度時的平衡常數(shù)K=第一種情況：設(shè)c（NO）=1mol•L^-1，則K=160，
第二種情況：設(shè)c（NO）=amol•L^-1，則K=$\frac{160}{a}$，
第三種情況：設(shè)n（NO）=amol，容器的容積為V L，則K=$\frac{160V}{a}$；．
（5）使用電化學(xué)法也可處理NO的污染，裝置如圖4．已知電解池陰極室中溶液的pH在4～7之間，寫出陰極的電極反應(yīng)式：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．吸收池中除去NO的離子方程式為：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O=N₂+4HSO₃^-．

Answer 1

分析 （1）已知：H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，則其熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；CH₂=CH₂（g）的燃燒熱為1411.0kJ•mol^-1，其熱化學(xué)方程式為：C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，結(jié)合蓋斯定律計算；
（2）①溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快，催化劑的催化效率降低；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動；
③反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進(jìn)行；
④溫度越低催化劑活性越小，反應(yīng)速率越慢；
⑤增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（3）由裝置圖可知，陰極上CO₂得電子C₃H₈O；
（4）①溫度和催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響對比實(shí)驗(yàn)，ⅠⅡ?qū)Ρ仁翘骄看呋瘎┑谋缺砻婷娣e不同對反應(yīng)速率的影響，起始濃度相同；
②圖象分析可知Ⅲ實(shí)驗(yàn)中起始量相同，催化劑比表面積相同，探究的是升溫對平衡的影響，圖象中升溫NO的濃度增大，說明平衡逆向進(jìn)行；
③結(jié)合平衡三行計算列式計算平衡濃度，平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，是亞硫酸氫根離子，得電子，生成硫代硫酸根離子；硫代硫酸根離子與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)猓?/p>

解答 解：（1）已知：H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，則其熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol①；
CH₂=CH₂（g）的燃燒熱為1411.0kJ•mol^-1，其熱化學(xué)方程式為：C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol②；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1③；
利用蓋斯定律將①×6-②-③×4可得：6H₂（g）+2CO₂（g）?CH₂═CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8kJ•mol^-1；
故答案為：-127.8；
（2）①化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①不正確；
②溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行乙烯的產(chǎn)率減小，故②不正確；
③升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故③正確；
④為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故④不正確；
⑤增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，故⑤正確；
故答案為：①②④；
（3）由裝置圖可知，陰極上CO₂得電子C₃H₈O，則陰極上發(fā)生電極反應(yīng)式為3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O；
故答案為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O；
（4）①ⅠⅡ?qū)Ρ仁翘骄看呋瘎┑谋缺砻婷娣e不同對反應(yīng)速率的影響，起始濃度相同，a=1.20×10^-3，
故答案為：1.20×10^-3；
②Ⅲ實(shí)驗(yàn)中起始量相同，催化劑比表面積相同，探究的是升溫對平衡的影響，圖象中升溫NO的濃度增大，說明平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
③若在500℃時，投料$\frac{c（NO）}{c（CO）}$=1，NO的轉(zhuǎn)化率為80%，
設(shè)c（NO）=1mol•L^-1，
                              2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L）        1               1                0                0
變化量（mol/L）      0.8              0.8            0.8             0.4
平衡量（mol/L）      0.2                0.2            0.8            0.4
則此溫度時的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=160，
設(shè)c（NO）=amol•L^-1，
                          2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L） a                  a                  0               0
變化量（mol/L） 0.8a             0.8a           0.8a            0.4a
平衡量（mol/L） 0.2a            0.2a             0.8 a            0.4a
則K=$\frac{0.4a×（0.8a）^{2}}{（0.2a）^{2}（0.2a）^{2}}$=$\frac{160}{a}$，
設(shè)n（NO）=amol，容器的容積為V L，
                              2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L）       $\frac{a}{V}$            $\frac{a}{V}$                 0               0
變化量（mol/L）   0.8$\frac{a}{V}$          0.8$\frac{a}{V}$            0.8$\frac{a}{V}$       0.4$\frac{a}{V}$
平衡量（mol/L） 0.2$\frac{a}{V}$           0.2$\frac{a}{V}$              0.8 $\frac{a}{V}$       0.4$\frac{a}{V}$
則K=$\frac{\frac{0.4a}{V}×（\frac{0.8a}{V}）^{2}}{（\frac{0.2a}{V}）^{2}×（\frac{0.2a}{V}）^{2}}$=$\frac{160V}{a}$，
故答案為：第一種情況：設(shè)c（NO）=1mol•L^-1，則K=160，
第二種情況：設(shè)c（NO）=amol•L^-1，則K=$\frac{160}{a}$，
第三種情況：設(shè)n（NO）=amol，容器的容積為V L，則K=$\frac{160V}{a}$；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，是亞硫酸氫根離子，得電子，生成硫代硫酸根離子，電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；硫代硫酸根離子與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)�，離子反應(yīng)方程式為：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-；

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、原電池和電解池原理的理解應(yīng)用，圖象分析判斷，平衡常數(shù)計算，注意化學(xué)方程式書寫方法，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力．