Question

20．乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-256.1kJ•mol^-1．
已知：H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1   CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
（1）以CO₂（g）与H₂（g）为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=：-305.7 kJ•mol^-1．
（2）CH₄和H₂O（g）在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O?CO+3H₂，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

温度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	276.5	1771.5

①该反应是吸热反应（填“吸热”或“放热”）；
②T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），平衡时c（CH₄）=0.5mol•L^-1，该温度下反应CH₄+H₂O?CO+3H₂的平衡常数K=6.75．
（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NO_x的排放，这使NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题．某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如图．
①若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，应控制的最佳温度在870℃左右．
②用C_xH_y（烃）催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染．写出CH₄与NO₂发生反应的化学方程式CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O．
（4）乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子．该电池负极的电极反应式为CH₃CH₂OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）反应①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-256.1kJ•mol^-1，②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1，③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1，根据盖斯定律将①-3×②-2×③，可得反应2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），据此计算反应热；
（2）根据平衡移动判断反应的热量变化；根据平衡常数表达式计算其数值；
（3）升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；
（4）乙醇在燃料电池的负极失去12个电子，发生氧化反应．

解答 解：（1）反应①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-256.1kJ•mol^-1，②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1，③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1，根据盖斯定律将①-3×②-2×③，可得反应2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），所以△H=①-3×②-2×③，则△H=-305.7 kJ•mol^-1，
故答案为：-305.7 kJ•mol^-1；
（2）①温度升高，平衡常数增大即平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应，
故答案为：吸热；
②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡时c（CH₄）=0.5mol•L^-1，该温度K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1.5{\;}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75，
故答案为：6.75；
（3）①升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；由图可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，870℃时，NO还原为N₂的转化率为100%，
故答案为：该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；870℃；
②CH₄与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O，反应为CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O，
故答案为：CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O；
（4）乙醇在燃料电池的负极失去12个电子，发生氧化反应，电极反应式为CH₃CH₂OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O，
故答案为：CH₃CH₂OH-12e^-+6O^2-=2CO₂+3H₂O．

点评 本题考查盖斯定律的应用、放热反应与吸热反应、热化学方程式的书写．难度中等．根据图象分析出分解率的变化特点是解题的关键．