Question

低碳出行，減少汽車尾氣排放，保護(hù)我們的家園．
（1）在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)換器可減少NO和CO污染，反應(yīng)為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．在2L的密閉容器中，n（CO₂）與溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的關(guān)系如圖．

①該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”、“＜”），平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

；在T₂溫度下0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（N₂）=

 

．
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₂＞S₁，在圖中畫出n（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
③該反應(yīng)在恒溫、恒容的密閉容器中進(jìn)行，如圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號(hào)）．（圖中υ_逆、K、n、P分別表示逆反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、體系壓強(qiáng)）
（2）①用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．己知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3lkJ?mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1
寫出CH₄（g）催化還原NO（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：

 

．
②依據(jù)原電池的構(gòu)成原理，下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池的是

 

（填序號(hào)）．
A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H＞0
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0
若以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，則該原電池的正極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)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

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移；根據(jù)方程式依據(jù)K的含義書寫；根據(jù)CO₂的變化量求出CO₂的反應(yīng)速率，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求出υ（N₂）；
②根據(jù)催化劑不改變平衡，只改變速率；
③反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（2）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
②根據(jù)放熱的、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池；根據(jù)正極氧氣得到電子與氫離子反應(yīng)生成水．

解答： 解：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移，說(shuō)明逆方向?yàn)槲鼰岱较颍�所以正方向�(yàn)榉艧岱较�，即△�?；已知反應(yīng)為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；CO₂的物質(zhì)的量變化量為0.1mol，則濃度變化為c=

△n

V

=

0.1mol

2L

=0.05mol/L，則CO₂的反應(yīng)速率v（CO₂）=

△C

△t

=

0.05mol/L

2s

=0.025mol/（L?s），所以υ（N₂）=

1

2

v（CO₂）=0.0125 mol/（L?s）；
故答案為：＜；

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；0.0125 mol/（L?s）；
②催化劑不改變平衡，只改變速率，所以若催化劑的表面積S₂＞S₁，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，平衡不移動(dòng)，其圖象為：；

故答案為：；
③a、當(dāng)逆反應(yīng)速率與正反應(yīng)速率相等時(shí)，屬于平衡狀態(tài)，此時(shí)速率保持不變，故a不選；
b、K只隨溫度的變化而變化，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無(wú)關(guān)，故b不選；
c、當(dāng)物質(zhì)的物質(zhì)的量不變即是平衡狀態(tài)，故c選；
d、已知2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），該反應(yīng)的總物質(zhì)的量減小，所以壓強(qiáng)減小，當(dāng)壓強(qiáng)不變即是平衡狀態(tài)，故d選．
故答案為：cd；
（2）①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1 ①
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ?mol^-1 ②
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律：2×①+2×③-②得到：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol；
②A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H＞0是吸熱的氧化還原反應(yīng)，不能設(shè)計(jì)成原電池，故A錯(cuò)誤；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0是放熱的復(fù)分解反應(yīng)，不能設(shè)計(jì)成原電池，故B錯(cuò)誤；
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0是吸熱的氧化還原反應(yīng)，不能設(shè)計(jì)成原電池，故C錯(cuò)誤；
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0放熱的自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，能設(shè)計(jì)成原電池，故D正確；
正極氧氣得到電子與氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)方程式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案為：D；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了平衡移動(dòng)的判斷，反應(yīng)速率的計(jì)算，催化劑對(duì)平衡的影響，蓋斯定律的應(yīng)用、原電池的構(gòu)成原理等，側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，題目難度中等．