Question

8．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(huì)急需解決的問題．
（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)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N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL．
（2）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amolCO與3amolH₂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$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD．
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1molCO和3molH₂
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^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時(shí)v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）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．該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O．電池工作時(shí)，固體電解質(zhì)里的O^2-向負(fù)極移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱△H=斷鍵吸收的總能量-成鍵放出的總能量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①平衡常數(shù)是指生成物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪成鍵之比；
②A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)；
C．充入He，恒溫恒容下，混合氣體個(gè)組分濃度不變，平衡不移動(dòng)的；
D．再充入1molCO和3molH₂等效為在原平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡正向移動(dòng)；
③計(jì)算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
（3）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子生成陽離子，而甲醇在負(fù)極失去電子，與O^2-離子結(jié)合生成二氧化碳與水；
原電池工作時(shí)，電解質(zhì)陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)．

解答 解：（1）反應(yīng)熱△H=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，故熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，恒溫恒容下，混合氣體個(gè)組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1molCO和3molH₂等效為在原平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡正向移動(dòng)，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=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子生成陽離子，而甲醇在負(fù)極失去電子，與O^2-離子結(jié)合生成二氧化碳與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O，
原電池工作時(shí)，電解質(zhì)陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，固體電解質(zhì)里的O^2-向負(fù)極移動(dòng)，
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O；負(fù)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、熱化學(xué)方程式書寫、電解原理等，（4）中注意題目信息運(yùn)用，可以利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)的得到負(fù)極反應(yīng)式，難度中等．