Question

20．2015年初霧霾天氣多次肆虐我們的中東部地區(qū)．其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的主要元兇．
（1）催化劑
汽車尾氣是造成霧霾天氣的主要原因之一．汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，
①在T溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）mol•L^-1•S^-1
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，在下圖中畫(huà)出c（CO₂）在T、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．

③若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．

④該反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則隨著溫度的降低，反應(yīng)物NO的轉(zhuǎn)化率將增大（填“增大”、“不變”或“減小”），理由是該反應(yīng)△S＜0，在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則△H＜0，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)；
（2）煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物也是造成霧霾天氣的主要原因之一．用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
①已知甲烷的燃燒熱為890kJ/mol；1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ； N₂與O₂生成NO的過(guò)程如下，

CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1168 kJ•mol^-1
②一定溫度下，將一定量的CH₄和NO氣體充入反應(yīng)體系中，達(dá)到平衡后體系壓強(qiáng)為p，平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為α，N₂的物質(zhì)的量濃度為c；若溫度不變，反應(yīng)體系壓強(qiáng)減小為0.5p，則CH₄的轉(zhuǎn)化率將=α（填“＜”、“=”或“＞”），N₂的物質(zhì)的量濃度為$\frac{1}{2}$c．
（3）CO分析儀以燃料電池為工作原理，其裝置如下圖所示，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．

Answer 1

分析 （1）①在T₂溫度下，0～2s內(nèi)c（CO₂）增大到0.1mol/L，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
③達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變；
④2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）為氣體體積減小的反應(yīng)，所以△S＜0，又反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，所以△H＜0，據(jù)此分析；
（2）①根據(jù)圖2寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，利用甲烷燃燒熱寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，根據(jù)1mol水蒸氣變成液態(tài)水放熱44kJ寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，再利用蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②因?yàn)镃H₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）為氣體體積不變的反應(yīng)，所以反應(yīng)體系壓強(qiáng)減小為0.5p，體積增大為原來(lái)的2倍，平衡不移動(dòng)，但濃度減小為原來(lái)的$\frac{1}{2}$；
（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．

解答 解：（1）①由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=$\frac{1}{2}$×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線為：，故答案為：；
③A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故B正確；
C、t₁時(shí)刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
④2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）為氣體體積減小的反應(yīng)，所以△S＜0，又反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，所以△H＜0，則隨著溫度的降低，平衡正向移動(dòng)，所以反應(yīng)物NO的轉(zhuǎn)化率將增大，故答案為：增大；該反應(yīng)△S＜0，在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則△H＜0，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)．
（2）①根據(jù)圖2，舊鍵斷裂吸收能量為：945+498=1443KJ/mol，放出能量為：2×630=1260KJ/mol，則熱化學(xué)方程式為2NO=O₂+N₂△H=-1260+1443=183KJ/mol①；甲烷燃燒熱為890kJ/mol，可寫(xiě)出熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-890kJ/mol②；
H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44kJ/mol③；由蓋斯定律可知②+①×2-③×2，可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，則△H=-810.1kJ/mol+183/mol×2-（44kJ/mol）×2=-1168 kJ•mol^-1，
故答案為：-1168 kJ•mol^-1；
②因?yàn)镃H₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）為氣體體積不變的反應(yīng)，所以反應(yīng)體系壓強(qiáng)減小為0.5p，體積增大為原來(lái)的2倍，平衡不移動(dòng)，但濃度減小為原來(lái)的$\frac{1}{2}$，則CH₄的轉(zhuǎn)化率將=α，N₂的物質(zhì)的量濃度為 $\frac{1}{2}$c，故答案為：=；$\frac{1}{2}$c；
（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．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素等知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合反應(yīng)的熱化學(xué)方程式解答該題，根據(jù)原電池正負(fù)極上得失電子及反應(yīng)類型、離子的移動(dòng)方向等來(lái)分析解答（4），難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．