Question

6．應對霧霾污染、改善空氣質(zhì)量需要從多方面入手．
I．研究發(fā)現(xiàn)，NO_x是霧霾的主要成分之一，NO_x主要來源于汽車尾氣．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1
為了減輕大氣污染，人們提出在汽車尾氣排氣管口采用催化劑將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體參與大氣循環(huán)，寫出該反應的熱化學方程式2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1．
II．開發(fā)利用清潔能源可減少污染，解決霧霾問題．甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發(fā)和應用前景，一定條件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在2L密閉容器中充入物質(zhì)的量之比為1：2的CO和H₂，在催化劑作用下充分反應．平衡混合物中CH₃OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化如圖1所示．

（1）該反應的反應熱△H＜0（填“＞”或“＜”），壓強的相對大小與P₁＞P₂（填“＞”或“＜”）．
（2）該反應化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$．
（3）下列各項中，不能說明該反應已經(jīng)達到平衡的是BC．
A．容器內(nèi)氣體壓強不再變化
B．v（CO）：v（H₂）：v（CH₃OH）=1：2：1
C．容器內(nèi)的密度不再變化
D．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
E．容器內(nèi)各組分的質(zhì)量分數(shù)不再變化
（4）某溫度下，在保證H₂濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡C（填字母）．
A．向正反應方向移動    B．向逆反應方向移動        C．不移動
作出此判斷的依據(jù)是在保證H₂濃度不變的情況下，增大容器的體積，說明c（CH₃OH）與c（CO）同等倍數(shù)減小，又濃度商Q_c=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移動．
III．依據(jù)燃燒反應原理，合成的甲醇可以設計如圖2所示的燃料電池裝置．
（1）負極電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）電池工作時，若電流強度為I，1個電子所帶電量為q，N_A為阿伏伽德羅常數(shù)的值，則該裝置每分鐘消耗甲醇的物質(zhì)的量為$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$mol（假設化學能全部轉(zhuǎn)化為電能）．

Answer 1

分析 I．已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1①
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律：②-①計算；
II．（1）由圖可知，升高溫度，平衡逆向移動，說明該反應的△H＜0，同溫度下，增大壓強，平衡正向移動，CH₃OH的體積分數(shù)增大；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式為生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積；
（3）可逆反應到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（4）某溫度下，在保證H₂濃度不變的情況下，增大容器的體積，說明c（CH₃OH）與c（CO）同等倍數(shù)減小結(jié)合濃度商Q_c與K的關(guān)系判斷；
III．（1）負極為甲醇失電子發(fā)生氧化反應的過程，注意電解質(zhì)溶液為堿性，據(jù)此書寫電極反應式；
（2）根據(jù)Q=It和N=$\frac{Q}{e}$結(jié)合CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O計算．

解答 解：I．已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol^-1①
2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.00kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律：②-①得到：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1；
故答案為：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.50 kJ•mol^-1；
II．（1）由圖可知，升高溫度，CH₃OH的體積分數(shù)減小，平衡逆向移動，則該反應的△H＜0，300℃時，增大壓強，平衡正向移動，CH₃OH的體積分數(shù)增大，所以p₁＞p₂，故答案為：＜；＞；
（2）因為平衡常數(shù)的表達式為生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積，所以該反應化學平衡常數(shù)表達式為 K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；故答案為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；
（3）A．隨反應進行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器中壓強保持不變說明到達平衡，故A不選；
B．v（CO）：v（H₂）：v（CH₃OH）=1：2：1，未說明正逆反應方向，不能說明反應到達平衡，故B選；
C．混合氣體總質(zhì)量不變，恒溫恒容下，容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，不能說明反應到達平衡，故C選；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應進行混合氣體物質(zhì)的量減小，平均相對分子質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量不變說明到達平衡，故D不選；
E．容器內(nèi)各組分的質(zhì)量分數(shù)不再變化說明到達平衡，故E不選；
故選：BC；
（4）某溫度下，在保證H₂濃度不變的情況下，增大容器的體積，說明c（CH₃OH）與c（CO）同等倍數(shù)減小，又濃度商Q_c=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移動，
故答案為：C；在保證H₂濃度不變的情況下，增大容器的體積，說明c（CH₃OH）與c（CO）同等倍數(shù)減小，又濃度商Q_c=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移動； 
Ⅲ．（1）甲醇燃料堿性電池，所以負極反應為甲醇失電子結(jié)合氫氧根生成碳酸根離子，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）根據(jù)Q=It=I×60s=60I，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{60I}{q}$個，
由CH₃OH～6e^-
1mol       6N_A個
n            $\frac{60I}{q}$個
n=$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$，
故答案為：$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$．

點評 本題考查蓋斯定律的應用、化學平衡影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象以及燃料電池的原理等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．