Question

（2012?泰州二模）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1molCH₄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下图．
①若不使用CO，温度超过775℃，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

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）根据盖斯定律求反应热；
（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）将题目中出现的三个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律：③=①-②×2，则△H=-305.7 kJ?mol^-1．故答案为：-305.7 kJ?mol^-1；
（2）温度升高，平衡常数增大即平衡向正反应分析移动，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=c（

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

0.5×1．53

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

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；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．