Question

7．汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進(jìn)入千家萬(wàn)戶，汽車尾氣中含有CO、NOx等有毒氣體，其污染問(wèn)題也成為當(dāng)今社會(huì)急需解決的問(wèn)題．
（1）對(duì)汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NOx有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體．
2xCO+2NOx═2xCO₂+N₂，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4x mol時(shí)，該反應(yīng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的N₂體積2.24L．
（2）一氧化碳是一種用途相當(dāng)廣泛的化工基礎(chǔ)原料．可以還原金屬氧化物，還可以用來(lái)合成很多有機(jī)物如甲醇等．在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②取一定體積CO和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1：2），加入恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1所示，則該反應(yīng)的△H＜0 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2所示，曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．
④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD
A．升高溫度                     B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大    D．再充入1mol CO和3mol H₂
⑤經(jīng)測(cè)定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如表：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時(shí)刻、250℃測(cè)得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol/L、c（H₂）=0.4mol/L、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時(shí)v正＜v逆（填＞、＜或=）．
（3）甲醇是重要的基礎(chǔ)化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)電極加入甲醇，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子．該電池的正極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-．電池工作時(shí)，固體電解質(zhì)里的O^2-向負(fù)極移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)變化計(jì)算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，每生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移4xmol電子計(jì)算；
（2）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)表達(dá)式；
②根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響判斷反應(yīng)熱的符號(hào)；
③曲線Ⅱ到達(dá)平衡所用時(shí)間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
④增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合反應(yīng)特征是氣體體積減小的放熱反應(yīng)分析選項(xiàng)判斷；
⑤依據(jù)計(jì)算的濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（3）根據(jù)原電池工作原理寫(xiě)出該電池正極反應(yīng)式；根據(jù)電流方向及O^2-離子所帶電荷判斷O^2-移動(dòng)方向．

解答 解：（1）反應(yīng)2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂中，NO_x中N的化合價(jià)為+2x，生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移為：2（2x-0）=4xmol電子，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4xmol時(shí)，反應(yīng)生成氮?dú)?.1mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
故答案為：2.24；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②根據(jù)圖象可知達(dá)到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）越小，說(shuō)明升高溫度平衡逆移，則正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；
③根據(jù)圖象可知曲線Ⅱ到達(dá)平衡所用時(shí)間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數(shù)減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數(shù)較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
④A．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯(cuò)誤；                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，故C錯(cuò)誤；     
D．再充入1mol CO和3mol H₂，反應(yīng)物濃度增大，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故D正確；
故答案為：BD；
⑤250℃測(cè)得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為：c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，
濃度商Q=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）燃料電池中正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，該甲醇燃料電池中正極空氣中的氧氣得到電子生成氧離子，發(fā)生的電極反應(yīng)為：O₂+4e^-=2O^2-；
電解質(zhì)中，電流由負(fù)極流向正極，氧離子帶有負(fù)電荷，與電流方向相反，則從正極流向負(fù)極，
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；負(fù)．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的表達(dá)式及影響因素的判斷、電極方程式的書(shū)寫(xiě)等，側(cè)重于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用的考查，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和解決問(wèn)題的能力．