Question

【題目】能源是人類生存與發展必不可缺的物質，對傳統能源進行脫硫、脫硝處理，能提高能源在能源消費中的比例是改變目前我國頻發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劑，甲分子與肼分子具有相同的電子數，二者反應的生成物中有10e-分子，另一種生成物為極穩定的單質，寫出該反應的化學方程式__________________。

（2）對燃煤產生的尾氣進行回收處理，有助于空氣質量的改善，還能變廢為寶，尾氣處理過程中涉及到的主要反應如下：

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)反應生成SO2(g)的熱化學方程式為__________________。

（3）煤炭液化也有助于減少霧霾天氣的發生，液化反應之一為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)（正反應放熱）；按照相同的物質的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如右圖所示，則正反應速率：v(a)、v(b)、v(c)、v(d)由小到大的順序為__________；實際生產條件控制在T 1°C、1×106Pa左右，選擇此壓強的理由是________。

（4）工業上生產新能源二甲醚(CH3OCH3)的原理之一為：2CO(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)，相同溫度下，在兩個容器中進行上述反應，某時刻兩容器中各氣態物質的濃度(mol/L)及正逆反應速率之間的關系如下表所示：

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，并寫出其推測過程___________。

（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極的電極反應式為________________________；當消耗1molO2時，通過質子交換膜的質子數為_________NA；若電池工作時消耗1mol二甲醚所能產生的最大電能為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生的最大電能與燃料燃燒時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) 壓強為1×104kPa時，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失 < 由I可求得K=1，Q=2.0>K，反應逆向進行 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，即18 e-，二者反應的生成物中有10e-分子，另一種生成物為極穩定的單質，綜合以上信息，可以判斷甲為H2O2，生成物為水和氮氣，該反應的化學方程式為N2H4＋2H2O2=4H2O＋N2 。

（2）由題中已知的熱化學方程式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)反應生成SO2(g)的熱化學方程式為S(g)＋O2(g)=SO2(g) △H=－574.0kJ·mol－1。

（3）因為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應是放熱反應，所以CO的平衡轉化率隨溫度升高而減小。由圖可知，在相同壓強下，不同溫度的CO的平衡轉化率從小到大的順序為T3< T2< T1，所以溫度由高到低的順序為T3>T2>T1。因為溫度越高化學反應速率越快、壓強越大化學反應速率越快，所以正反應速率v(a)、v(b)、v(c)、v(d)由小到大的順序為v(d)<v(a)<v(b)<v(c)；實際生產條件控制在T 1°C、1×106Pa左右，選擇此壓強的理由是壓強為1×104kPa時，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失。

（4）由容器I的數據可知，v(正)= v(逆)說明反應已達化學平衡狀態，所以 K==1，在相同溫度下，容器II中Qc=2.0>K，反應正在向逆反應方向進行，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分別為負極和正極，a極的電極反應式為CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋；當消耗1molO2時，根據氧元素的化合價變化可以判斷，通過質子交換膜的質子的物質的量為4mol，所以通過質子交換膜的質子數為4NA；若電池工作時消耗1mol二甲醚所能產生的最大電能為1320kJ，由二甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol可以計算出該燃料電池的工作效率為90.7% 。