Question

【題目】能源是人類生存與發(fā)展必不可缺的物質(zhì)，對(duì)傳統(tǒng)能源進(jìn)行脫硫、脫硝處理，能提高能源在能源消費(fèi)中的比例是改變目前我國(guó)頻發(fā)的霧霾天氣的有效措施。

（1）肼(N2H4)和化合物甲是一種重要的火箭推進(jìn)劑，甲分子與肼分子具有相同的電子數(shù)，二者反應(yīng)的生成物中有10e-分子，另一種生成物為極穩(wěn)定的單質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________。

（2）對(duì)燃煤產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行回收處理，有助于空氣質(zhì)量的改善，還能變廢為寶，尾氣處理過(guò)程中涉及到的主要反應(yīng)如下：

①2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g) △H=十8.0 kJ·mol－1

②2H2 (g)+SO2(g)=S(g)＋2H2O(g) △H=＋90.4 kJ·mol－1

③2CO(g)+O2 (g) =2CO2 (g) △H= -566.0 kJ·mol－1

④2H2 (g)+O2 (g) =2H2O(g) △H =－483.6 kJ·mol－1

S(g)與O2(g)反應(yīng)生成SO2(g)的熱化學(xué)方程式為__________________。

（3）煤炭液化也有助于減少霧霾天氣的發(fā)生，液化反應(yīng)之一為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)（正反應(yīng)放熱）；按照相同的物質(zhì)的量投料，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示，則正反應(yīng)速率：v(a)、v(b)、v(c)、v(d)由小到大的順序?yàn)?/span>__________；實(shí)際生產(chǎn)條件控制在T 1°C、1×106Pa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是________。

（4）工業(yè)上生產(chǎn)新能源二甲醚(CH3OCH3)的原理之一為：2CO(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)，相同溫度下，在兩個(gè)容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，某時(shí)刻兩容器中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度(mol/L)及正逆反應(yīng)速率之間的關(guān)系如下表所示：

容器	c(CO)	c(H2)	c(CH3OCH3)	c(H2O)	v(正)與v(逆)大小比較
I	1.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	1.0×10-4	v(正)= v(逆)
II	2.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	2.0×10-4	v(正)____v(逆)(填“>”、“<”)

填寫表中空白處，并寫出其推測(cè)過(guò)程___________。

（5）二甲醚(燃燒熱為1455kJ/mol)燃料電池是一種綠色電池，其工作原理如圖所示，a、b均為惰性電極，a極的電極反應(yīng)式為________________________；當(dāng)消耗1molO2時(shí)，通過(guò)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子數(shù)為_________NA；若電池工作時(shí)消耗1mol二甲醚所能產(chǎn)生的最大電能為1320kJ，則該燃料電池的工作效率為________(燃燒電池的工作效率是指電池所能產(chǎn)生的最大電能與燃料燃燒時(shí)所能釋放的全部熱能之比)。

Answer 1

【答案】 N2H4＋2H2O2=4H2O＋N2 S(g)＋O2(g)=SO2(g) △H=－574.0kJ·mol－1 v(d)<v(a)<v(b)<v(c) 壓強(qiáng)為1×104kPa時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失 < 由I可求得K=1，Q=2.0>K，反應(yīng)逆向進(jìn)行 CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋ 4 90.7%

【解析】（1）甲分子與肼分子具有相同的電子數(shù)，即18 e-，二者反應(yīng)的生成物中有10e-分子，另一種生成物為極穩(wěn)定的單質(zhì)，綜合以上信息，可以判斷甲為H2O2，生成物為水和氮?dú)?/span>，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2H4＋2H2O2=4H2O＋N2 。

（2）由題中已知的熱化學(xué)方程式③-①可得S(g)＋O2(g)=SO2(g)， 所以△H= -566.0 kJ·mol－1 -8.0 kJ·mol－1=－574.0kJ·mol－1，則 S(g)與O2(g)反應(yīng)生成SO2(g)的熱化學(xué)方程式為S(g)＋O2(g)=SO2(g) △H=－574.0kJ·mol－1。

（3）因?yàn)?/span>CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小。由圖可知，在相同壓強(qiáng)下，不同溫度的CO的平衡轉(zhuǎn)化率從小到大的順序?yàn)?/span>T3< T2< T1，所以溫度由高到低的順序?yàn)?/span>T3>T2>T1。因?yàn)闇囟仍礁呋瘜W(xué)反應(yīng)速率越快、壓強(qiáng)越大化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以正反應(yīng)速率v(a)、v(b)、v(c)、v(d)由小到大的順序?yàn)?/span>v(d)<v(a)<v(b)<v(c)；實(shí)際生產(chǎn)條件控制在T 1°C、1×106Pa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是壓強(qiáng)為1×104kPa時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失。

（4）由容器I的數(shù)據(jù)可知，v(正)= v(逆)說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，所以 K==1，在相同溫度下，容器II中Qc=2.0>K，反應(yīng)正在向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以v(正) <v(逆)。

（5）由二甲醚燃料電池工作原理示意圖可知，a、b分別為負(fù)極和正極，a極的電極反應(yīng)式為CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋；當(dāng)消耗1molO2時(shí)，根據(jù)氧元素的化合價(jià)變化可以判斷，通過(guò)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子的物質(zhì)的量為4mol，所以通過(guò)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子數(shù)為4NA；若電池工作時(shí)消耗1mol二甲醚所能產(chǎn)生的最大電能為1320kJ，由二甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol可以計(jì)算出該燃料電池的工作效率為90.7% 。