Question

【題目】碳和氮是動植物體中的重要組成元素，向大氣中過度排放二氧化碳會造成溫室效應(yīng)，氮氧化物會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，目前，這些有毒有害氣體的處理成為科學(xué)研究的重要內(nèi)容。

（1）已知熱化學(xué)方程式：①2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1

②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2

③H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)　ΔH3

則反應(yīng)④2C(s)＋H2(g)===C2H2(g)的ΔH=_________。(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的關(guān)系式表示)

（2）利用上述反應(yīng)①設(shè)計燃料電池（電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液），寫出電池的負極反應(yīng)式：__________________________________________ 。

（3）用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH<0。在T1℃時，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

時間/min 濃度/(mol·L－1) 物質(zhì)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20 min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝______，T1℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。

②30 min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是________(填字母編號)。

a．通入一定量的NO b．加入一定量的C c．適當(dāng)升高反應(yīng)體系的溫度

d．加入合適的催化劑 e．適當(dāng)縮小容器的體積

③若保持與上述反應(yīng)前30 min的反應(yīng)條件相同，起始時NO的濃度為2.50 mol·L－1，則反應(yīng)達平衡時c(NO)＝________，NO的轉(zhuǎn)化率＝________。

Answer 1

【答案】2ΔH2＋ΔH3－1/2ΔH1 C2H2－10e－＋14OH－==2CO32-＋8H2O 0.018 mol·L－1·min－1 0.25 ae 1.25 mol·L－1 50%

【解析】

根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；根據(jù)燃料電池的總反應(yīng)和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物相似的特征分析書寫電極方程式；根據(jù)平衡常數(shù)計算相關(guān)物質(zhì)的濃度。

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)不論是一步完成的還是幾步完成的，其反應(yīng)熱的總值相等，將反應(yīng)②擴大兩倍再加上反應(yīng)③，再減去1/2反應(yīng)①就可以得到反應(yīng)④，所以反應(yīng)④的反應(yīng)熱為：2ΔH2＋ΔH3－1/2ΔH1；

(2)燃料電池的電解質(zhì)為氫氧化鉀，則產(chǎn)物為碳酸根，負極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合燃燒的總反應(yīng)方程式得：C2H2－10e－＋14OH－==2CO32-＋8H2O；

(3)由表中數(shù)據(jù)知①10min～20min內(nèi)，NO濃度的變化為0.68 mol·L－1到0.50 mol·L－1

v(NO)=( 0.68 mol·L－1-0.50 mol·L－1)/10min=0.018 mol·L－1·min－1；

20min后達到化學(xué)平衡狀態(tài)，由于C為固體，化學(xué)平衡常數(shù)表達式為=(0.25×0.25)/0.5×0.5=0.25；

②30 min后，從表中可以看出濃度都增大了，a．通入一定量的NO，平衡向正方向移動，符合題意； b．加入一定量的C，因為C為固態(tài)，故對平衡不影響，不符合題意；c．適當(dāng)升高反應(yīng)體系的溫度，反應(yīng)ΔH<0，平衡向逆方向移動，不符合題意；d．加入合適的催化劑，平衡不移動，不符合題意；e．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量相同，平衡不移動，但濃度會增大，符合題意，故答案為：ae；

③ 平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，則K=0.25，設(shè)c(NO)=x

C(s)＋2NO(g) N2(g) ＋ CO2(g)

始（mol·L－1） 2.50 0 0

變（mol·L－1） 2.5-x (2.5-x)/2 (2.5-x)/2

平（mol·L－1） x (2.5-x)/2 (2.5-x)/2

K==[(2.5-x)/2]2/x2=0.25，x=1.25 mol·L－1；轉(zhuǎn)化率為：×100%=50%。