Question

二氧化硫和氮氧化物（NOx）對(duì)大氣污染日趨嚴(yán)重，研究消除大氣污染的方法是化學(xué)工作者的重要課題，目前有很多種方法消除大氣污染．

（1）可利用甲烷催化還原NOx的方法處理NO_x，反應(yīng)如下：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
則CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=

-867 kJ/mol

；
（2）汽車(chē)尾氣中的主要污染物有CO、NOx、碳?xì)浠�合物等，降低汽�?chē)尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
生成無(wú)毒物質(zhì)，減少汽車(chē)尾氣污染．若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，15分鐘后達(dá)到平衡，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示，則
①前15s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （N₂）=

0.013 mol/（L?s）

（小數(shù)點(diǎn)保留3位）；
②該反應(yīng)平衡常數(shù)K=

0.035

（小數(shù)點(diǎn)保留3位）；
③若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

不移動(dòng)

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）；20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是

b

（填序號(hào)）；
a  加入催化劑　  b  降低溫度　  c  縮小容器體積　  d  增加CO₂的量
④該可逆反應(yīng)△S

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”），在

低溫

（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下能自發(fā)進(jìn)行．
（3）CO分析儀以燃料電池為工作原理，其裝置如圖2所示，該電池中電解質(zhì)為氧化釔-氧化鈉，其中O^2-可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動(dòng)．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

B

A．負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+O^2--2e^-=CO₂
B．工作時(shí)電極b作正極，O^2-由電極a流向電極b
C．工作時(shí)電子由電極a通過(guò)傳感器流向電極b
D．傳感器中通過(guò)的電流越大，尾氣中CO的含量越高
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2- 而實(shí)現(xiàn)對(duì)SO₂的處理目的．其中Fe³⁺的最外層電子排布式為

3s²3p⁶3d⁵

；SO₂的VSEPR模型名稱為

平面三角形

；與SO₂互為等電子體的離子有

NO₂^-

．
（5）N₂O₅是重要的硝化劑和氧化劑，可用電解法制備N(xiāo)₂O₅，如圖3所示，N₂O₅在電解池的

陽(yáng)極

（填“陽(yáng)極”或“陰極”）區(qū)生成，其電極反應(yīng)式為

N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念結(jié)合圖象分析單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計(jì)算；
②依據(jù)圖象計(jì)算平衡狀態(tài)物質(zhì)的濃度結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算平衡常數(shù)；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
④依據(jù)△H-T△S＜0是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)分析判斷；
（3）該裝置是原電池，負(fù)極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時(shí)電子從負(fù)極流向正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，一氧化碳的含量越大，原電池放電時(shí)產(chǎn)生的電流越大；
（4）鐵是26號(hào)元素，其核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)其核外電子排布式得到Fe³⁺的最外層電子排布式；VSEPR模型為平面三角形中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3；等電子體是具有相同原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)的分子或離子叫等電子體，等電子體具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去電子，所以N₂O₅在陽(yáng)極區(qū)生成．

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案為：△H=-867 kJ/mol；
（2）①圖象分析，前15分鐘達(dá)到平衡時(shí)，氮?dú)鉂舛仍龃鬄?.2mol/L，所以前15s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （N₂）=

0.2mol/L

15min

=0.013 mol/（L?s），
故答案為：0.013 mol/（L?s）；
②依據(jù)圖象分析，15分鐘時(shí)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)鉂舛葹?.2mol/L，NO平衡濃度為0.8mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×0．82

=0.035，故答案為：0.035；
③若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=0.035=K，平衡不動(dòng)，20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛仍龃�，反�?yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：不移動(dòng)；b；
④2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．反應(yīng)可知△S＜0；
依據(jù)△H-T△S＜0是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；△H＜0，△S＜0，滿足條件△H-T△S＜0，應(yīng)該在低溫條件下進(jìn)行可以自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：＜；低溫；
（3）A．該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CO+O^2--2e^-═CO₂，故A正確；
B．工作時(shí)電極b作正極，O^2-由電極b流向電極a，故B錯(cuò)誤；
C．該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，通入空氣的電極是正極，原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極a通過(guò)傳感器流向電極b，故C正確；
D．一氧化碳的含量越大，原電池放電時(shí)產(chǎn)生的電流越大，故D正確；
故答案為：B；
（4）鐵是26號(hào)元素，其核外有26個(gè)電子，失去三個(gè)電子后和鐵離子最外層電子排布式：3s²3p⁶3d⁵；SO₂中S原子的價(jià)層電子對(duì)為

6

2

=3，VSEPR模型為平面三角形；與SO₂互為等電子體的離子有 NO₂^-；
故答案為：3s²3p⁶3d⁵；平面三角形；NO₂^-；
（5）從電解原理來(lái)看，N₂O₄制備N(xiāo)₂O₅為氧化反應(yīng)，則N₂O₅應(yīng)在陽(yáng)極區(qū)生成，反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，故答案為：陽(yáng)極；N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析，平衡常數(shù)、速率的計(jì)算方法，平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，原電池、電解池原理分析應(yīng)用，題目難度較大．