Question

3．近年來全國各地長期被霧霾籠罩，霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NO_x、CO、超細(xì)顆粒（PM2.5）等有害物質(zhì)．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．根據(jù)下列示意圖回答有關(guān)問題：

（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會引發(fā)
（Ⅰ）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1，其能量變化示意圖1：
[（N₂ （　�。�$\stackrel{946kJ•mol-1}{→}$2Ng（　�。㎡₂g（　　）$\stackrel{498kJ•mol-1}{→}$2Og（　�。�]$\stackrel{-akg•mol-1}{→}$2NO（g）
則NO中氮氧鍵的鍵能為682kJ/molkJ•mol^-1．
（2）空燃比過小易產(chǎn)生CO，有人提出可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO（g）═2C（s）+O₂（g）來消除CO的污染．判斷該設(shè)想是否可行，并說出理由：不合理．該反應(yīng)焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進(jìn)行或該反應(yīng)△H＞0，△S＜0，則△G＞0．
（3）在汽車上安裝三元催化轉(zhuǎn)化器可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)：（Ⅱ）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．若該反應(yīng)在恒壓的密閉容器中進(jìn)行，則下列有關(guān)說法正確的是C
A．其他條件不變，增大催化劑與反應(yīng)物的接觸面積，能提高反應(yīng)速率，使平衡常數(shù)增大
B．平衡時(shí)，其他條件不變，升高溫度，逆反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)速率減小
C．在恒溫條件下，混合氣體的密度不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)
D．平衡時(shí)，其他條件不變，增大NO的濃度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率都增大
（4）將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)（Ⅱ），經(jīng)過相同時(shí)間內(nèi)測量逸出氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率），結(jié)果如圖2所示．以下說法正確的是D．
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高
B．相同條件下，改變壓強(qiáng)對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點(diǎn)表示此時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率最高
D．兩種催化劑分別適宜于55℃和75℃左右脫氮
（5）甲醇空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動(dòng)汽車的車載電池，其工作原理示意圖如圖3，該燃料電池的電池反應(yīng)式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）
①用上述電池做電源，用圖4裝置電解飽和食鹽水（C₁、C₂均為石墨電極），該反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，電解初始在電極C₂（填“C₁”或“C₂”）的周圍先出現(xiàn)紅色．
②當(dāng)有8g甲醇完全反應(yīng)，在C＜sub＞2＜/sub＞上可收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為16.8L．

Answer 1

分析 （1）△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和；
（2）根據(jù)△G=△H-T△H＜0來判斷反應(yīng)的自發(fā)性；
（3）A．催化劑不能改變化學(xué)平衡；
B．升高溫度，正逆反應(yīng)速率增大；
C．該反應(yīng)為氣體參與生成氣體的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，但體積數(shù)減小，結(jié)合ρ=$\frac{m}{V}$分析；
D．平衡時(shí)，其他條件不變，增大NO的濃度，反應(yīng)物NO的轉(zhuǎn)化率減�。�
（4）A．催化劑只影響反應(yīng)速率，不會改變轉(zhuǎn)化率；
B．增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
C．最高點(diǎn)為催化劑活性最高的溫度；
D．根據(jù)圖象判斷，脫氨率最高的點(diǎn)對應(yīng)的溫度應(yīng)是最適宜溫度；
（5）①電解飽和食鹽水時(shí)，反應(yīng)物為氯化鈉和水，生成物為氫氧化鈉、氫氣和氯氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；電解過程中，陽極氯離子失去生成氯氣，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時(shí)產(chǎn)生氫氧根離子；
②依據(jù)電極反應(yīng)電子守恒計(jì)算，原電池負(fù)極電極反應(yīng)CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，和電解池陰極電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑存在電子守恒．

解答 解：：（1）設(shè)NO中氮氧鍵的鍵能為x，△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=（946+498）kJ•mol^-1-2×x=180kJ/mol，解得x=632 kJ/mol，
故答案為：632；
（2）2CO（g）=2C（s）+O₂（g）（△H＞0、△S＜0）是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行，所以無法消除CO的污染，
故答案為：不合理，該反應(yīng)焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進(jìn)行或該反應(yīng)△H＞0，△S＜0，則△G＞0；
（3）A．其他條件不變，增大催化劑與反應(yīng)物的接觸面積，能提高反應(yīng)速率，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)，其他條件不變，升高溫度，逆反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)速率也增大，故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)為氣體參與生成氣體的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，但體積數(shù)減小，密度$ρ=\frac{m}{V}$，混合氣體的密度不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故C正確；
D．平衡時(shí)，其他條件不變，增大NO的濃度，反應(yīng)物CO的轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)物NO的轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（4）A．催化劑不會影響轉(zhuǎn)化率，只影響反應(yīng)速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對轉(zhuǎn)化率沒有影響，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，脫氮率減小，故B錯(cuò)誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點(diǎn)為催化劑活性最大的狀態(tài)，與平衡轉(zhuǎn)化率無關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．兩種催化劑分別在55℃和75℃左右催化效率最高，說明此時(shí)催化劑的活性最大，故D正確；
故答案為：D；
（5）①電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，電解反應(yīng)中，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時(shí)產(chǎn)生了氫氧根離子，所以在陰極C₂ （連接電源負(fù)極的電極）先變紅，
故答案為：2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；C₂；
②原電池負(fù)極電極反應(yīng)CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，和電解池陰極電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑存在電子守恒，CH₃OH～3H₂↑～6e^-，當(dāng)有8g甲醇完全反應(yīng)物質(zhì)的量=$\frac{8g}{32g/mol}$=0.25mol，在C₂上可收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積=0.25mol×3×22.4L/mol=16.8L，
故答案為：16.8L．

點(diǎn)評 本題考查了鍵能計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、電解池工作原理及其應(yīng)用等知識，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力，注意原電池和電解池工作原理中的電子守恒應(yīng)用和化學(xué)平衡影響因素高頻考點(diǎn)．題目難度中等，是中檔題．