Question

12．2013年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應(yīng)的有效途徑．目前，由CO₂來(lái)合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
②判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是BD．
A．容器中密度不變              B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3      D．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g） $\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂ （g）
在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線，如圖所示．據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ•mol^-1．
①經(jīng)測(cè)定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：

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^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時(shí)v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測(cè)得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如下：

時(shí)間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為45%．
（4）液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來(lái)越被研究人員重視．它在安全性、價(jià)格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢(shì)．氨在燃燒實(shí)驗(yàn)中相關(guān)的反應(yīng)有：
4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁  ①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂ ②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃ ③
請(qǐng)寫出上述三個(gè)反應(yīng)中△H₁、△H₂、△H₃三者之間關(guān)系的表達(dá)式，△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$．
（5）美國(guó)Simons等科學(xué)家發(fā)明了使NH₃直接用于燃料電池的方法，其裝置為用鉑作為電極，加入KOH電解質(zhì)溶液中，其電池反應(yīng)為 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，寫出該燃料電池的正極反應(yīng)式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量不變，由此引起的一系列物理量不變；
（2）①根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T1＞T2，升高溫度，二氧化碳濃度降低，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②催化劑只改變反應(yīng)速率不改變平衡移動(dòng)，所以平衡時(shí)二氧化碳濃度不變，但反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短；
（3）①該反應(yīng)的濃度商=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K，平衡逆向移動(dòng)；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，20min時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，恒溫恒容條件下，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)后壓強(qiáng)是反應(yīng)前的0.70倍，則反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量=0.70×（1+2）mol=2.1mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（CO）為反應(yīng)前后氣體減少物質(zhì)的量的一半，所以參加反應(yīng)的n（CO）=（1+2-2.1）mol×$\frac{1}{2}$=0.45mol，據(jù)此計(jì)算其轉(zhuǎn)化率；
（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算其反應(yīng)熱，從而確定三個(gè)焓變關(guān)系；
（5）燃料堿性電池中，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子．

解答 解：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②A．容器中氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以容器中密度始終不變，則不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；           
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚也同時(shí)生成1mol二甲醚，二甲醚正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)都存在v（CO₂）：v（H₂）=1：3，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之和減小，所以反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)改變，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選BD；
（2）①根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T1＞T2，升高溫度，二氧化碳濃度降低，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則焓變小于0，故答案為：＜；
②催化劑只改變反應(yīng)速率不改變平衡移動(dòng)，所以平衡時(shí)二氧化碳濃度不變，但反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，其圖象為，
故答案為：；
（3）①該反應(yīng)的濃度商=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率，故答案為：＜；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，20min時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，恒溫恒容條件下，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)后壓強(qiáng)是反應(yīng)前的0.70倍，則反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量=0.70×（1+2）mol=2.1mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（CO）為反應(yīng)前后氣體減少物質(zhì)的量的一半，所以參加反應(yīng)的n（CO）=（1+2-2.1）mol×$\frac{1}{2}$=0.45mol，所以CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45mol}{1mol}×100%$=45%，
故答案為：45%；
（4）由反應(yīng)4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁ ①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂ ②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃③
則反應(yīng)$\frac{3②+2③}{5}$可得到反應(yīng)①，則△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$，故答案為：△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$；
（5）燃料堿性電池中，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)判斷依據(jù)，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫及平衡移動(dòng)方向判斷，題目難度中等．