Question

(14分)乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應原理為：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
⑴以CO₂(g)與H₂(g)為原料也可合成乙醇，其熱化學方程式如下：
2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(l)  △H=     。
⑵CH₄和H₂O(g)在催化劑表面發(fā)生反應CH₄+H₂OCO+3H₂，該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)如下表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數(shù)	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應是_____反應（填“吸熱”或“放熱”）；
②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O(g)，平衡時c(CH₄)=0.5mol·L^—1，該溫度下反應CH₄+H₂OCO+3H₂的平衡常數(shù)K=     。
⑶汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實驗室以Ag-ZSM-5 為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖。

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為     ；在n(NO)/n(CO)=1的條件下，應控制的最佳溫度在     左右。
②用C_xH_y（烴）催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染。寫出CH₄與NO₂發(fā)生反應的化學方程式：     。
⑷乙醇-空氣燃料電池中使用的電解質(zhì)是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2—離子。該電池負極的電極反應式為     。

Answer 1

⑴—305.7 kJ·mol^—1         ⑵①吸熱 ②6.75
⑶①該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行   870℃
②CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O    ⑷CH₃CH₂OH—12e^—+6O^2—=2CO₂+3H₂O

（1）考查蓋斯定律的應用。根據(jù)已知反應可知，①－③×2－②即得到2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(l)，所以該反應熱是－256.1kJ/mol＋41.2kJ/mol-44kJ/mol×3=-305.7kJ/mol。
（2）①隨著溫度的升高，平衡常數(shù)逐漸增大，所以正反應是吸熱反應。
②平衡時c(CH₄)=0.5mol·L^—1，所以消耗甲烷是0.5mol/L，則生成CO是0.5mol/L，氫氣是
1.5mol/L，剩余甲烷和水蒸氣都是0.5mol/L，所以平衡常數(shù)為。
（3）①應用反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行，所以NO的分
解率降低。根據(jù)圖像可知，在n(NO)/n(CO)=1的條件下，溫度為870℃轉(zhuǎn)化率最高，所以
應該控制的溫度是870℃。
②NO₂能把甲烷氧化生成CO₂、氮氣和水，方程式為CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O。
（4）原電池中負極失去電子，由于電解質(zhì)能傳遞O^2—離子，而在原電池中陰離子是向負極
移動的，所以負極方程式為CH₃CH₂OH—12e^—+6O^2—=2CO₂+3H₂O。