Question

面對全球近期的氣候異常，環(huán)境問題再次成為焦點(diǎn)．怎樣消除現(xiàn)有大氣污染，開發(fā)利用新能源，是目前化學(xué)研究的一個重要方向．
（1）汽車尾氣治理的方法之一是在汽車的排氣管上安裝一個“催化轉(zhuǎn)化器”．
已知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-113kJ/mol
①實驗發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)在100℃～400℃的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率卻約為原來的3倍，在400℃～450℃時，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率卻約為原來的10倍，而溫度高于450℃時，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率又約為原來的3倍．若其他反應(yīng)條件不變，試分析造成這種現(xiàn)象的可能原因是

 

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②為了模擬催化轉(zhuǎn)化器的工作原理，在T℃時，將2mol NO與1mol CO充入1L反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中NO（g）、CO（g）、N₂（g）的物質(zhì)的量濃度變化如右圖所示，則反應(yīng)進(jìn)行到15min時，NO的平均反應(yīng)速率為

 

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③寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

；
當(dāng)25min達(dá)到平衡后，若保持體系溫度、容積不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，平衡將

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”），此時K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）將固態(tài)能源轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液體能源是能源研究的重點(diǎn)之一．
已知：C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/molⅠ
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/molⅡ
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/molⅢ
試寫出由C與水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳的熱化學(xué)方程式：

 

．
（3）燃料電池的研究和發(fā)展也是目前的研究重點(diǎn)．如用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，用多孔石墨作電極，在電極上分別充入乙烷和氧氣．寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①根據(jù)催化劑的活性受溫度影響；
②根據(jù)V=

△n V

△t

來計算；
③化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；先根據(jù)三段法求出各自的濃度，然后求出平衡常數(shù)和濃度熵，最后根據(jù)平衡常數(shù)的大小與濃度熵的大小來確定平衡移動方向；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變平衡常數(shù)不變；
（2）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)原電池中負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)；分析電極反應(yīng)，根據(jù)電子守恒結(jié)合總反應(yīng)和正極反應(yīng)計算得到負(fù)極電極反應(yīng)．

解答： 解：①因催化劑的活性受溫度影響，由信息可知催化劑在400℃～450℃活性最大，故答案為：催化劑在400℃～450℃活性最大；  
②由圖象可知在15min內(nèi)NO的物質(zhì)的量變化0.4mol，則NO的平均反應(yīng)速率為=

0.4 1

15

mol?L^-1?min^-1₌0.027 mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.027 mol?L^-1?min^-1；
③化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，所以K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(NO)?c2(CO)

，由平衡常數(shù)表達(dá)式可知一氧化氮的系數(shù)是2次方，所以再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，分母增加的幅度大，導(dǎo)致Q_C減小，所以平衡逆向移動，即向左移動，而溫度不變，所以K值不變，
故答案為：

c(N2)?c2(CO2)

c2(NO)?c2(CO)

；向左；不變；
（2）C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；A
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/mol；B
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol；C
將ABC三式作如下變換，A-

1

2

C-

1

2

B可得：C_（S）+H₂O_（g）

高溫  .

CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol，故答案為：C_（S）+H₂O_（g）

高溫  .

CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol；
（3）①2 C₂H₆+7 O₂→4 CO₂+6 H₂O，設(shè)計原電池，根據(jù)化合價變化分析判斷，乙烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入乙烷氣體的電極應(yīng)為負(fù)極，正極電極反應(yīng)為：②O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；①-②×7得到負(fù)極電極反應(yīng)為：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；
故答案為：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的相關(guān)知識，題目難度中等，明確電解池工作原理是解題關(guān)鍵．