Question

19．汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO．為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應(yīng)來處理汽車尾氣：
（1）2NO（g）+2CO（g）≒2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.5KJ/mol   （條件為使用催化劑）
已知：
2C （s）+O₂（g）≒2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
C （s）+O₂（g）≒CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
則N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1．
（2）T℃下，在一容積不變的密閉容器中，通入一定量的NO和CO，用氣體傳感器測得不同時間NO和CO的濃度如下表

時間/s	0	1	2	3	4	5
C（NO）10-4  mol/L	10.0	4.50	C1	1.50	1.00	1.00
C（CO）10-3  mol/L	3.60	3.05	C2	2.75	2.70	2.70

①c₁合理的數(shù)值為D．（填字母標(biāo)號）
A．4.20   B．4.00   C．3.50   D．2.50
②根據(jù)①中數(shù)據(jù)計算前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=3.75×10^-4 mol/（L．s）．
③不能作為判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是ab．（填字母標(biāo)號）
a．2v_正（CO）=v_逆（N₂）
b．容器中混合氣體的密度保持不變
c．容器中氣體的壓強不變
d．CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變
（3）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．根據(jù)下表設(shè)計的實驗測得混合氣體中NO的濃度隨時間t變化的趨勢如如圖所示：

實驗 編號	T/°C	NO初始濃 度/10-3mol•L-1	CO初始濃 度/10-3mol•L-1	催化劑的比 表面積/m2•g-1
①	350	1.20	5.80	124
②	280	1.20	5.80	124
③	280	1.20	5.80	82

則曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的實驗編號依次為③②①．
（4）已知：CO通入新制的銀氨溶液中可生成銀鏡，同時釋放一種能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體．某溫度下，向1L密閉容器中充入1molNO和1molCO，反應(yīng)達到平衡后，將平衡混合氣體通入足量新制的銀氨溶液中，生成43.2g Ag，則該溫度下，反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）≒2CO₂（g）+N₂（g）（條件為使用催化劑）的化學(xué)平衡常數(shù)K=160．
（5）CO可作燃料電池的燃?xì)猓�用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物做電解質(zhì)，空氣與CO₂的混合氣為正極助燃?xì)�，制�?50°C下工作的燃料電池．該電池總反應(yīng)方程式為2CO+O₂=2CO₂ 則負(fù)極反應(yīng)式為2CO+2CO₃^2--4e^-═4CO₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進行相應(yīng)的計算；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知4s時反應(yīng)到達平衡，1-3s內(nèi)NO濃度變化量為4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，該2s內(nèi)平均每秒內(nèi)變化量為1.5×10^-4 mol/L，隨反應(yīng)進行，反應(yīng)速率減小，該2s中前1s內(nèi)NO濃度變化量應(yīng)大于1.5×10^-4 mol/L，則2s時NO的濃度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s時NO的濃度應(yīng)介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之間；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
③可逆反應(yīng)到達平衡時，同一物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的一些其它量不變，判斷平衡狀態(tài)的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
（3）由圖可知，曲線Ⅰ和曲線Ⅱ相比，平衡沒有移動，反應(yīng)速率Ⅱ比Ⅰ快，故曲線Ⅱ中催化劑比比表面積大于Ⅰ，而其它條件相同；而曲線Ⅲ和曲線Ⅱ相比，反應(yīng)速率變快且平衡逆向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；
（4）由電子轉(zhuǎn)移守恒，可得關(guān)系式CO～2Ag，據(jù)此計算平衡時一氧化碳的量，結(jié)合化學(xué)平衡三段式計算各組分的物質(zhì)的量，由于容器體積為1L，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，代入化學(xué)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算；
（5）該燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，總電極反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）已知：①2 NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.5KJ/mol
②2C （s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
③C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
則依據(jù)蓋斯定律，③×2-②-①得到：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g） 則△H=（-393.5KJ/mol）×2-（-220KJ/mol）-（-746.5KJ/mol）=+180.5KJ/mol，
故答案為：+180.5；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知4s時反應(yīng)到達平衡，1-3s內(nèi)NO濃度變化量為4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，該2s內(nèi)平均每秒內(nèi)變化量為1.5×10^-4 mol/L，隨反應(yīng)進行，反應(yīng)速率減小，該2s中前1s內(nèi)NO濃度變化量應(yīng)大于1.5×10^-4 mol/L，則2s時NO的濃度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s時NO的濃度應(yīng)介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之間，選項中只有2.5×10^-4 mol/L符合，
故選：D；
②2s內(nèi)NO的濃度變化量為10×10^-4 mol/L-2.5×10^-4 mol/L=7.5×10^-4 mol/L，故2s內(nèi)v（NO）=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=3.75×10^-4 mol/（L．s），速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則v（CO₂）=v（NO）=3.75×10^-4 mol/（L．s），
故答案為：3.75×10^-4 mol/（L．s）；
③a．若2v_正（CO）=v_逆（N₂），速率之比不等于計量數(shù)之比，反應(yīng)為到達平衡，故a錯誤；
b．容器中混合氣體的密度始終保持不變，密度不變，不能說明反應(yīng)到達平衡，故b錯誤；
c．隨反應(yīng)進行，混合氣體總物質(zhì)的量進行，容器中氣體的壓強減小，容器中氣體的壓強不變，說明到達平衡，故c正確；
d．CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明二氧化碳的量不變，故d正確；
故選：ab；
（3）由于②、③溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，化學(xué)平衡不移動，達到相同的平衡狀態(tài)，但②的起始濃度較大，催化劑的比表面積較大，則反應(yīng)的速率大，所以②先達到化學(xué)平衡；
由于①、②濃度、催化劑的比面積大相同，而①的溫度較高，反應(yīng)速率較快，先到達平衡，且平衡向逆反應(yīng)移動，平衡時NO的濃度增大，
所以曲線Ⅰ對應(yīng)實驗③，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)實驗②，曲線Ⅲ對應(yīng)實驗①，
故答案為：③②①；
（4）設(shè)平衡時混合氣體中CO的物質(zhì)的量為x，則
CO～～～～2 Ag
1mol    2×108g
x          43.2g
解得：x=$\frac{1mol×43.2g}{2×108g}$=0.2mol 
            2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
初始量（mol）：1       1        0        0
變化量（mol）：0.8     0.8      0.8      0.4
平衡量（mol）：0.2     0.2      0.8      0.4
由于容器體積為1L，故用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=160，
故答案為：160；
（5）該熔融鹽燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，電池總反應(yīng)方程式為2CO+O₂=2CO₂，減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極電極反應(yīng)式為：2CO+2CO₃^2--4e^-═4CO₂，
故答案為：2CO+2CO₃^2--4e^-═4CO₂．

點評 本題比較綜合，屬于拼合型題目，涉及熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率計算與影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)計算、原電池電極反應(yīng)式書寫等，是對學(xué)生綜合能力的考查，（2）中①為易錯點，學(xué)生容易考慮濃度減小確定區(qū)間，忽略反應(yīng)速率問題．