Question

（14分）氫是一種重要的非金屬元素。氫的單質及其化合物在科學研究和工業生產中有著廣泛而重要的作用。
（1）某硝酸廠處理尾氣中NO的方法是：催化劑存在時用H₂將NO還原為N₂。
已知：

則H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是：
                                                  。
（2）在一定條件下，用H₂將二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：
CO₂(g)+4H₂ (g) CH₄ (g)+2H₂O(g)
向一容積為2 L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO₂ 0.2mol·L^一1，H₂ 0.8mol·L^一1，CH₄0.8mol·L^一1，H₂O1.6mol·L^一1。則CO₂的平衡轉化率為   。上述反應的平衡常數表達式K=     。200℃時該反應的平衡常數K=64.8，則該反應的△H   0（填“>’’或“<”）。
（3）某研究小組以H₂與CaCl₂制備某種鈣的化合物。已知反應只生成甲、乙兩種化合物。對產物分析發現：化合物甲的組成中鈣、氯元素的質量分數分別為52.29%、46.41%，化合物乙的水溶液顯酸性。請回答下列問題：
①乙的化學式為            。
②甲與水反應可得H₂，其化學方程式是：
                                。
（4）H₂的獲得途徑很多，由哈工大研究小組設計的微生物電解有機廢水法，既可以清除廢水中的有機雜質，同時可以獲得氫氣。下圖為一種處理含甲醇工業廢水的微生物電解池，寫出電解過程中，陽極發生的電極反應式：                 。

Answer 1

（1）2NO(g) +2H₂(g)＝N₂(g) + 2H₂O(g) △H＝－665kJ·moL^－1（2分）
（2）80%； c(CH₄)·c²(H₂O)/c(CO₂)·c⁴(H₂)；＜               （各2分）
（3）①HCl（2分）   ②2CaHCl + 2H₂O＝CaCl₂ + Ca(OH)₂ + 2H₂↑（3分）
（4）CH₃OH－6e^—＋H₂O＝CO₂↑＋6H⁺

解析試題分析：（1）首先寫出H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的化學方程式并注明狀態：2NO(g) +2H₂(g)＝N₂(g) + 2H₂O(g)，然后根據鍵能求出焓變，?H=2×630kJ?mol?¹+2×436kJ?mol?¹—945kJ?mol?¹—4×463kJ?mol?¹=－665kJ·moL^－1，可得熱化學方程式。
（2）設起始時CO₂和H₂的物質的量濃度分別為x、y；
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始濃度（mol?L?¹） x     y    0     0
變化濃度（mol?L?¹） 0.8    3.2    0.8     1.6  
平衡濃度（mol?L?¹） 0.2     0.8  0.8    1.6
x=0.8mol?L?¹ +0.2mol?L?¹ =1mol?L?¹，y=3.2mol?L?¹ +0.8mol?L?¹ =4mol/L；
CO₂的平衡轉化率=0.8mol?L?¹÷1mol?L?¹×100%=80%；根據平衡常數的含義可知平衡常數表達式K= c(CH₄)·c²(H₂O)/c(CO₂)·c⁴(H₂)；300℃時平衡常數為：0.8×1.6²    ÷（0.2×0.8⁴）=25，200℃時該反應的平衡常數K=64.8，說明溫度升高，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，則該反應為放熱反應，?H<0。
（3）①化合物乙的水溶液顯酸性，根據元素守恒知乙為氯化氫。
②化合物甲的組成中鈣、氯元素的質量分數分別為52.29%、46.41%，還有一種元素，根據反應中元素守恒知，另一種元素為氫元素，則其鈣原子、氯原子和氫原子個數之比=52.29%/40:46.41%/35.5:(1-52.29%-46.41%)/1=1:1:1，所以所以甲的化學式為CaHCl，甲和水反應生成氫氣，同時生成氯化鈣、氫氧化鈣，反應方程式為：2CaHCl+2H₂O=CaCl₂+Ca（OH）₂+2H₂↑
（4）陽極上發生CH₃OH失電子反應，電極方程式為：CH₃OH－6e^—＋H₂O＝CO₂↑＋6H⁺
考點：本題考查熱化學方程式的書寫、化學計算、平衡移動、化學方程式和電極方程式的書寫。