Question

【題目】汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NOx等有毒氣體，其污染問題也成為當今社會急需解決的問題。

（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應，其能量變化示意圖如圖：

則該反應的熱化學方程式為_____________________________。

（2）對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NOx有毒氣體相互反應轉(zhuǎn)化為無毒氣體。

2xCO＋2NOx ="=" 2xCO2＋N2，當轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4x mol時，該反應生成標準狀況下的N2體積_____________________L。

（3）一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料�？梢赃�原金屬氧化物，還可以用來合成很多有機物如甲醇等。在壓強為0.1 MPa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生成甲醇： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；△H＝ -b kJmol-1

①該反應的平衡常數(shù)表達式為_____________________________。

②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是______________

A．升高溫度	B．將CH3OH(g)從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大	D．再充入1 mol CO和3 mol H2

③經(jīng)測定不同溫度下該反應的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c(CO) ＝0.4 mol/L、c(H2)＝0.4 mol/L、c(CH3OH)＝0.8 mol·L-1, 則此時v正___________v逆(填＞、＜或＝)。

（4）甲醇是重要的基礎化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極加入甲醇，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-離子。該電池的正極反應式為_____________________________。電池工作時，固體電解質(zhì)里的O2-向_______極移動。

Answer 1

【答案】N2(g)+O2(g)=2NO(g)；△H=+183 kJ/moL 2.24L K＝ BD ＜ O2+4e-＝2O2- 負

【解析】

（1）根據(jù)反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能；

（2）依據(jù)化學方程式中元素化合價變化計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，每生成1molN2電子轉(zhuǎn)移4xmol電子計算；

（3）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；

②增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理結(jié)合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；

③依據(jù)計算的濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行方向；

（4）根據(jù)原電池工作原理寫出該電池正極反應式；根據(jù)電流方向及O2-離子所帶電荷判斷O2-移動方向。

（1）根據(jù)反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以氮氣與氧氣反應的反應熱△H=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以該反應的熱化學方程式為N2(g)+O2(g)=2NO(g)；△H=+183kJ/moL；

（2）根據(jù)2xCO＋2NOx=2xCO2＋N2，每生成1mol氮氣，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4xmol，所以轉(zhuǎn)移0.4xmol電子時，生成0.1mol氮氣，標準狀況下的體積是2.24L；

（3）①根據(jù)平衡常數(shù)的定義，該反應的平衡常數(shù)K=；

②A、升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的產(chǎn)率降低，錯誤；

B、將CH3OH(g)從體系中分離，則生成物的濃度減小，平衡正向移動，甲醇的產(chǎn)率增大，正確；

C、充入He，使體系總壓強增大，但各物質(zhì)的濃度不變，所以平衡不移動，甲醇的產(chǎn)率不變，錯誤；

D、再充入1 mol CO和3 mol H2，則反應物濃度增大，平衡正向移動，甲醇的產(chǎn)率增大，正確；

答案選BD；

③250℃時，Qc==0.8/0.43=12.5>2.041，則反應逆向進行，所以V正<V逆；

（4）甲醇燃料電池中，甲醇在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，因為電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-離子，所以正極反應式是O2+4e-=2O2-，在原電池中陰離子向負極移動，所以O2-向負極移動。