Question

【題目】汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一，尾氣中的主要污染物為CxHy、NO、CO、SO2及固體顆粒物等。研究汽車尾氣的成分及其發生的反應，可以為更好的治理汽車尾氣提供技術支持。請回答下列問題：

（1）治理尾氣中NO和CO的一種方法是：在汽車排氣管上裝一個催化轉化裝置，使二者發生反應轉化成無毒無污染氣體，該反應的化學方程式是 。

（2）活性炭也可用于處理汽車尾氣中的NO。在1L恒容密閉容器中加入0.1000 molNO和2.030 mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，在不同溫度下測得平衡體系中各物質的物質的量以及容器內壓強如下表：

根據上表數據，寫出容器中發生反應的化學方程式 并判斷p 3.93MPa(用“>”、“<"或“=”填空)。計算反應體系在200℃時的平衡常數Kp (用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分數)。

（3）汽車尾氣中的S02可用石灰水來吸收，生成亞硫酸鈣濁液。常溫下，測得某純CaS03與水形成的濁液pH為9，已知Kal(H2S03)=1.8×10-2 ，Ka2(H2S03)=6．0 ×10-9，忽略SO32-的第二步水解，則Ksp(CaS03)= 。

（4）尾氣中的碳氫化合物含有甲烷，其在排氣管的催化轉化器中可發生如下反應CH4(g)+H20（1）=CO(g)+3H2 (g) △H=+250.1 kJ/mol。已知CO(g)、H2 (g)的燃燒熱依次為283.0kJ/mol、285.8 kJ/mol，請寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式 。以CH4 (g)為燃料可以設計甲烷燃料電池，該電池以稀H2 S04作電解質溶液，其負極電極反應式為 ，已知該電池的能量轉換效率為86. 4%，則該電池的比能量為 kW．h．kg-1(結果保留1位小數，比能量=，lkW·h= 3. 6×1 06J) 。

Answer 1

【答案】（1）2NO+2CON2+2CO2；

（2）C+2NON2+CO2；＞；；（3）4.2×10-9；

（4）CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJmol-1；CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+；13.4。

【解析】

試題分析：（1）在催化劑條件下NO和CO反應，生成CO2和N2，反應的方程式為2NO+2CON2+2CO2，故答案為：2NO+2CON2+2CO2；

（2）根據表中數據可知，C、NO、E、F的化學計量數之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N2與CO2，且該反應為可逆反應，故反應方程式為：C+2NON2+CO2；根據數據可知，升高溫度，NO的物質的量增大，平衡向逆反應分析移動，，氣體的物質的量增大，容器中氣體的壓強增大，因此p＞3. 93MPa；平衡時c(NO)==0.02mol/L，c(N2)=c(CO2)==0.015mol/L，故200℃時該反應的平衡常數為K==，故答案為：C+2NON2+CO2；＞；；

（3）由Ka2(H2SO3)=6.0×10-9可知SO32-+H2OHSO3-+OH-的水解Kh= =1.67×10-4，

常溫下，測得某純CaSO3與水形成的濁液pH為9，c(HSO3-)=c(OH-)=1×10-5，

可知c(SO32-)= =6×10-5，

又c(Ca2+)=c(SO32-)+c(HSO3-)=7×10-5，

Ksp(CaSO3)=c(Ca2+)×c(SO32-)=7×10-5×6×10-5=4.2×10-9，

故答案為：4.2×10-9；

（4）①CH4(g)+H20（1）=CO(g)+3H2 (g) △H=+250.1 kJ/mol。

H2的燃燒熱△H=-285.8kJmol-1，有②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8KJ/mol；

CO的燃燒熱△H=-282.8kJmol-1，有③CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-282.8KJ/mol；

根據蓋斯定律。將①+②×3+③，得：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=(+250.1 kJ/mol)+(-285.8KJ/mol)×3+(-282.8KJ/mol)=-890.3kJmol-1；

在甲烷燃料電池中，負極b極上是燃料甲烷發生失電子的氧化反應，在酸性環境下的電極反應為：CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+；

假設甲烷的質量為16g，物質的量為1mol，根據電極方程式，轉移的電子的物質的量為8mol，則該電池的比能量=13.4，故答案為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJmol-1；CH4-8e-+2H2O═CO2+8H+；13.4。