Question

汽車作為一種現(xiàn)代交通工具正在進入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NO_x等有毒氣體，其污染問題也成為當今社會急需解決的問題．
（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N₂和O₂反應，其能量變化示意圖如圖：

則該反應的熱化學方程式為

 

．
（2）對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NO_x有毒氣體相互反應轉(zhuǎn)化為無毒氣體．
2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，當轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4x mol時，該反應生成標準狀況下N₂

 

L．
（3）一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料．可以還原金屬氧化物，還可以用來合成很多有機物如甲醇等．在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-bkJ?mol^-1
①該反應的平衡常數(shù)表達式為

 

．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
A．升高溫度                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大      
D．再充入1mol CO和3mol H₂
③經(jīng)測定不同溫度下該反應的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol/L、c（H₂）=0.4mol/L、c（CH₃OH）=0.8mol?L^-1，則此時v_正

 

v_逆（填＞、＜或=）．
（4）甲醇是重要的基礎化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極加入甲醇，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-離子．該電池的正極反應式為

 

．電池工作時，固體電解質(zhì)里的O^2-向

 

極移動．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）根據(jù)能量變化圖計算反應熱，反應熱=吸收的能量-放出的能量，再根據(jù)熱化學反應方程式的書寫規(guī)則書寫；
（2）依據(jù)化學方程式中元素化合價變化計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，每生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移0.4xmol電子計算
（3）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；
②增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理結合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；
③依據(jù)計算的濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行方向；
（4）根據(jù)原電池工作原理寫出該電池正極反應式；根據(jù)電流方向及O^2-離子所帶電荷判斷O^2-移動方向．

解答： 解：（1）該反應中的反應熱=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以反應的熱化學反應方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ?moL^-1；
（2）反應2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂中，NO_x中N的化合價為+2x，生成1molN₂電子轉(zhuǎn)移為：2（2x-0）=4xmol電子，當轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4xmol時，反應生成氮氣0.1mol，標準狀況下氣體體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
故答案為：2.24；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應的平衡常數(shù)為：K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
②A．升高溫度，平衡逆向進行，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯誤；                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進行，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，故C錯誤；     
D．再充入1mol CO和3mol H₂，反應物濃度增大，平衡正向進行，甲醇產(chǎn)率增大，故D正確；
故答案為：BD；
③250℃測得該反應的反應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=

0.8

0.4×0．42

=12.5＞K=2.041，說明反應逆向進行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（4）燃料電池中正極得到電子發(fā)生還原反應，該甲醇燃料電池中正極空氣中的氧氣得到電子生成氧離子，發(fā)生的電極反應為：O₂+4e^-=2O^2-；
電解質(zhì)中，電流由負極流向正極，氧離子帶有負電荷，與電流方向相反，則從正極流向負極，
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；負．

點評：本題考查了原電池工作原理及其應用、化學平衡的計算、熱化學方程式的書寫等知識，題目難度中等，試題涉及的知識點較多，計算量較大，充分考查了學生的分析、理解能力及化學計算能力．