Question

【題目】(1)氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因，用CH4催化還原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知： △H=－1160kJ·mol-1

△H=+293kJ·mol-1

則該條件下，CH4催化還原NO2消除污染的熱化學(xué)方程式為________________________。

(2)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工業(yè)上可用甲烷裂解法制取乙炔：同時(shí)發(fā)生副反應(yīng)：;甲烷裂解時(shí)，幾種氣體平衡時(shí)分壓(Pa)的對(duì)數(shù)即lgP與溫度(℃)之間的關(guān)系如圖所示。根據(jù)圖判斷，反應(yīng) △H___0(填“>”或“<”)。

1725℃時(shí)，向恒容密閉容器中充入CH4，達(dá)到平衡時(shí)CH4生成C2H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_____。該溫度下，的平衡常數(shù)Kp=_______[注：用平衡分壓(Pa)代替平衡濃度(mol·L-1)進(jìn)行計(jì)算]。

(3)利用在特定條件下用鉑電極(陽(yáng)極為鉑絲)電解飽和硫酸氫鉀溶液的方法制備K2S2O8(過(guò)二硫酸鉀)。在低溫下電解液中主要含有K+、H+和離子，電流通過(guò)溶液后發(fā)生反應(yīng)。陽(yáng)極區(qū)電極反應(yīng)式為______________________________，X為_________交換膜(填“質(zhì)子”、“陽(yáng)離子”或“陰離子”)，當(dāng)電路中通過(guò)0.2mol e-時(shí)，兩邊溶液質(zhì)量的變化差為_________。

(4)甲烷燃料電池采用鉑為電極，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)溶液為300mL 1.0mol·L-1的NaOH溶液。當(dāng)O2通入量為8.96L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)且反應(yīng)完全時(shí)，所得溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)?/span>_______________________________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJmol-1 > 62.5% 102.4Pa 2HSO4-—2e-=S2O82-+2H+ 質(zhì)子 0.2g c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】

根據(jù)蓋斯定律分析熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)和反應(yīng)熱，根據(jù)平衡的影響因素和平衡的三段式計(jì)算平衡常數(shù)。根據(jù)電解原理分析陽(yáng)極和陰極的電極反應(yīng)，根據(jù)溶液中的離子的變化分析兩極溶液的質(zhì)量變化。

（1）① △H=－1160kJ·mol-1，② △H=+293kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律分析，①+②得熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－1160+293=-867kJmol-1

（2）從圖分析，隨著溫度升高，甲烷的分壓(Pa)的對(duì)數(shù)變大，說(shuō)明甲烷減少，則說(shuō)明升溫平衡正向移動(dòng)，即△H >0； 從圖分析，達(dá)到平衡時(shí)乙炔的分壓為100 Pa，則消耗的甲烷的分壓為200Pa，乙烯的分壓為10 Pa，消耗的甲烷的分壓為20Pa，剩余甲烷的分壓為100 Pa，最初甲烷的分壓為100+200+20=320 Pa，則甲烷生成乙炔的平衡轉(zhuǎn)化率為200/320=62.5%。平衡時(shí)甲烷的分壓為100 Pa，乙烯的分壓為10 Pa，則氫氣的分壓為300+20=320 Pa，平衡常數(shù)為=102.4Pa。

（3）電解硫酸氫鉀溶液制備過(guò)二硫酸鉀，所以說(shuō)明硫元素化合價(jià)升高，即陽(yáng)極為硫酸氫離子失去電子生成過(guò)二硫酸根離子，電極反應(yīng)為：2HSO4-—2e-=S2O82-+2H+；溶液為酸性，反應(yīng)生成過(guò)多的氫離子，陰極反應(yīng)為：2H++2e-=H2，所以為質(zhì)子交換膜。當(dāng)有0.2mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，陽(yáng)極區(qū)向陰極區(qū)轉(zhuǎn)移0.2mol氫離子，陰極區(qū)有0.2mol氫離子變成氫氣，陰極區(qū)質(zhì)量不變，所以兩邊質(zhì)量變化差為0.2g。

（4）當(dāng)O2通入量為8.96L時(shí)，即0.4mol氧氣，則消耗0.2mol甲烷，生成0.2mol二氧化碳，與0.3mol氫氧化鈉反應(yīng)，生成0.1mol碳酸鈉和0.1mol碳酸氫鈉，因?yàn)樘妓岣�離子水解程度比碳酸氫根大，所以溶液中碳酸氫根離子濃度大于碳酸根離子濃度，溶液顯堿性，故離子濃度順序?yàn)椋?/span>c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)。