Question

5．（1）汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉(zhuǎn)化器，可使尾氣中主要污染物（NO和CO）轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1 ；
（2）NO₂與SO₂混合可發(fā)生反應(yīng)：NO₂+SO₂?SO₃+NO．
I．100℃時(shí)，1mol NO₂與1mol SO₂的混合氣體置于絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，
①下列說(shuō)法正確的是CE（填字母）；
A．反應(yīng)在c點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)小于b點(diǎn)
C．反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
D．△t₁=△t₂時(shí)，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段
E．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，繼續(xù)充入1mol NO₂，則NO的體積分?jǐn)?shù)將變小
②判斷此反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是ADEF；
A．體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化               B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變       D．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
E．體系的溫度不再發(fā)生變化               F．v（NO₂）_正=v（NO）_逆
II．在常溫時(shí)，維持體系總壓強(qiáng)p恒定，體積為V升的1mol NO₂與1mol SO₂的混合氣體于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)．已知NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{a}^{2}}{（1-a）^{2}}$（用α、V等符號(hào)表示）；
（3）熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視．某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極．試回答下列問(wèn)題：
①該燃料電池正極電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
②25℃時(shí)，某學(xué)生想用該燃料電池電解一定量的硫酸鈉飽和溶液，當(dāng)電路中有a mol電子轉(zhuǎn)移，溶液中析出mg Na₂SO₄•10H₂O晶體．若溫度不變，在剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，消耗掉的丁烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.86a．

Answer 1

分析 （1）①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可得：③×2-①-②，由此分析解答；
（2）①A．反應(yīng)在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)速率應(yīng)保持不變；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度越來(lái)越��；
C．根據(jù)圖可知，該反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)速率受溫度和濃度的因素影響，反應(yīng)速率先增大后減小，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，先由于溫度升高反應(yīng)速率增大，后濃度下降，反應(yīng)速率下降，所以反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
D．根據(jù)圖可知，ab段的速率小于bc段，所以△t₁=△t₂時(shí)，SO₂的消耗量：a～b段小于b～c段；
E．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，繼續(xù)充入1mol NO₂，平衡正向濃度，但轉(zhuǎn)化的二氧化氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入的二氧化氮；
②該反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在絕熱的條件下進(jìn)行，則體系的溫度是不斷升高的，直至平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡狀態(tài)的特征：正逆反應(yīng)速率相等，各組份的分?jǐn)?shù)或濃度保持不變，及某些外部特征不變判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
II．根據(jù)反應(yīng)NO₂+SO₂?SO₃+NO，利用三段式，根據(jù)K=$\frac{c（NO）．c（S{O}_{3}）}{c（N{O}_{2}）．c（S{O}_{2}）}$計(jì)算；
（3）①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的水的質(zhì)量為 $\frac{a}{2}$×18g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，可計(jì)算出原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mo1①
    2C（s）+O₂（g）═2CO（g）；△H=-221.0kJ/mo1②
    C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mo1③
根據(jù)蓋斯定律可得：③×2-①-②，2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol；
（2）I．①A．反應(yīng)在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)速率應(yīng)保持不變，故A錯(cuò)誤；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度越來(lái)越小，所以反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)大于b點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；
C．根據(jù)圖可知，該反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)速率受溫度和濃度的因素影響，反應(yīng)速率先增大后減小，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，先由于溫度升高反應(yīng)速率增大，后濃度下降，反應(yīng)速率下降，所以反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故C正確；
D．根據(jù)圖可知，ab段的速率小于bc段，所以△t₁=△t₂時(shí)，SO₂的消耗量：a～b段小于b～c段，故D錯(cuò)誤；
E．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，繼續(xù)充入1mol NO₂，平衡正向濃度，但轉(zhuǎn)化的二氧化氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入的二氧化氮，NO的濃度減小，故E正確；
故選CE；
②該反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在絕熱的條件下進(jìn)行，則體系的溫度是不斷升高的，直至平衡狀態(tài)，
A．根據(jù)上面的分析可知，反應(yīng)過(guò)程中溫度升高，體積不變，則體系壓強(qiáng)增大，當(dāng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，則說(shuō)明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，故A正確；
 B．該反應(yīng)體積不變，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度不隨反應(yīng)的進(jìn)行而改變，故不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后質(zhì)量和物質(zhì)的量都不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，故C錯(cuò)誤； 
 D．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故D正確；
E．根據(jù)上面的分析可知，體系的溫度不再發(fā)生變化，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故E正確；
 F．v（NO₂）_正=v（NO）_逆，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故F正確；
故選ADEF；
II．由于反應(yīng)中各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)都是1，且在同一個(gè)容器進(jìn)行反應(yīng)，所以各物質(zhì)的濃度關(guān)系就可以用物質(zhì)的量表示，利用三段式，
      NO₂+SO₂?SO₃+NO
起始   1   1
轉(zhuǎn)化   α   α   α   α
平衡  1-α  1-α α   α 
所以K=$\frac{c（NO）．c（S{O}_{3}）}{c（N{O}_{2}）．c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{a}^{2}}{（1-a）^{2}}$，
故答案為：$\frac{{a}^{2}}{（1-a）^{2}}$；
（3）①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-，
故答案為：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的水的質(zhì)量為 $\frac{a}{2}$×18g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，所以原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{142}{322}×m}{9a+m}$×100%=$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，也為$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol，其體積為$\frac{a}{26}$mol×22.4L/mol=0.86aL，
故答案為：$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%；0.86a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、原電池和電解池原理，明確化學(xué)反應(yīng)原理及各個(gè)物理量的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，運(yùn)用所掌握的知識(shí)進(jìn)行必要的分析、類推或計(jì)算，解釋、論證一些具體化學(xué)問(wèn)題，注意化學(xué)平衡計(jì)算中三段式的計(jì)算方法，題目難度中等．