Question

1．汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户，汽车尾气中含有CO、NO₂等有毒气体，其污染问题也成为当今社会急需解决的问题．
Ⅰ．对汽车加装尾气净化装置，可使CO、NO_x有毒气体相互反应转化为无毒气体．
2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂
当转移电子物质的量为0.8x mol时，该反应生成4.48LN₂（标准状况下）．
Ⅱ．一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料．可以还原金属氧化物，可以用来合成很多有机物如甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等，还可以作燃料．
（1）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
①该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，．
②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是BD．
A．升高温度                       B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大      D．再充入1mol CO和3mol H₂
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
则3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ•mol^-1．
（3）CO-空气燃料电池中使用的电解质是掺杂Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O²-． 该电池负极的电极反应式为CO-2e^-+O^2-=CO₂．
（4）甲醇也是新能源电池的燃料，但它对水质会造成一定的污染．有一种电化学法可消除这种污染．其原理是：2滴甲醇，1mL 1.0mol•L^-1硫酸，4mL 0.1mol•L^-1硫酸钴（CoSO₄）混合溶液，插上两根惰性电极，通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用右图装置模拟上述过程：
①检验电解时产生的CO₂气体，井穴板穴孔内应盛放澄清石灰水溶液．
②写出净化甲醇的离子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ、依据化学方程式中元素化合价变化计算电子转移总数，每生成1molN₂电子转移0.4xmol电子计算；
Ⅱ、（1）①依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数表达式；
②增加甲醇产率需要平衡正向进行，依据平衡移动原理结合反应特征是气体体积减小的放热反应分析选项判断；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需让化学方程式；
（3）CO-空气燃料电池中，燃料一氧化碳在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，依据传导离子配平电荷守恒；
（4）①检验二氧化碳通常用澄清石灰水；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被还原生成Co²⁺，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：I、2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，反应中生成1molN₂电子转移2xmol电子，当转移电子物质的量为0.8x mol时，反应生成氮气0.2mol，标准状况下气体体积为：0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案为：4.48L；
II、（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应的平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②反应是气体体积减小的放热反应，若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率：
A．升高温度，平衡逆向进行，甲醇产率减小，故A错误；                       
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向进行，甲醇产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，分压不变，平衡不动，故C错误；     
 D．再充入1mol CO和3mol H₂ ，反应物浓度增大，平衡正向进行，甲醇产率增大，故D正确；
故答案为：BD；
（2）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
    ②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
    ③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算①×2+②+③得到：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ•mol^-1，
故答案为：-246.1KJ•mol^-1；
（3）CO-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-，燃料一氧化碳在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，用传导离子O^2-，配平书写该电池负极的电极反应式为：CO-2e^-+O^2-=CO₂，
故答案为：CO-2e^-+O^2-=CO₂；
（4）①检验电解时产生的CO₂气体，用澄清石灰水检验二氧化碳的存在，井穴板穴孔内应盛放澄清石灰水，
故答案为：澄清石灰水；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co³⁺被还原生成Co²⁺，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学平衡常数概念、氧化还原反应电子转移的分析应用，原电池原理、盖斯定律等知识点，根据盖斯定律书写热化学方程式，根据得失电子书写电极反应式，注意电极反应式要结合传导离子配平书写，试题培养了学生的灵活应用能力．