Question

汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進(jìn)入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NO_x等有毒氣體，其污染問題也成為當(dāng)今社會急需解決的問題．
（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會引發(fā)N₂和O₂反應(yīng)，其能量變化示意圖如圖：

則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NO_x有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體．
2xCO+2NO_x═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N₂

 

L．
（3）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）；△H=-bkJ?mol^-1
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)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(qiáng)增大      
D．再充入1mol CO和3mol H₂
③經(jīng)測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=）．
（4）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

 

．電池工作時(shí)，固體電解質(zhì)里的O^2-向

 

極移動(dòng)．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）根據(jù)能量變化圖計(jì)算反應(yīng)熱，反應(yīng)熱=吸收的能量-放出的能量，再根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫規(guī)則書寫；
（2）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0.4xmol電子計(jì)算
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達(dá)式；
②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；
③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；
（4）根據(jù)原電池工作原理寫出該電池正極反應(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）該反應(yīng)中的反應(yīng)熱=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1；
（2）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；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
②A．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；
③250℃測得該反應(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=

0.8

0.4×0．42

=12.5＞K=2.041，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（4）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：本題考查了原電池工作原理及其應(yīng)用、化學(xué)平衡的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識，題目難度中等，試題涉及的知識點(diǎn)較多，計(jì)算量較大，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．