Question

4．研究含氮污染物的治理是環(huán)保的一項(xiàng)重要工作．合理應(yīng)用和處理氮的化合物，在生產(chǎn)生活中有重要意義．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
則汽車尾氣處理的反應(yīng)之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，利于
該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫（選填“高溫”或“低溫”）．
（2）將0.20mol NO和0.10molCO充入一個容積恒定為1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應(yīng)過程中 部分物質(zhì)的濃度變化如圖1所示：
①反應(yīng)從開始到9min時，用CO₂表示該反應(yīng)的速率是0.0044mol/（L•min）（保留2位有效數(shù)字）
②第12min時改變的條件是升溫（填“升溫或降溫”）．
③第18min時建立新的平衡，此溫度下的平衡常數(shù)為$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$（列計(jì)算式），第24min時，若保持溫度不變，再向容器中充入CO和N₂各0.060mol，平衡將逆向移動（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（3）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖如圖2正確且能說明反應(yīng)在t₁時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD（填序號）．

（如圖中v_正、K、n、m分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量和質(zhì)量）
（4）以氨為燃料可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，產(chǎn)物無污染．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；當(dāng)△G=△H-T•△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；
（2）①圖象分析可知一氧化碳濃度變化為0.04mol/L，二氧化碳生成濃度為0.04mol/L，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②圖象分析判斷12min后反應(yīng)物濃度增大，生成物濃度減小，說明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫改變符合圖象變化；
③依據(jù)圖象讀出平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算平衡常數(shù)，再加入物質(zhì)濃度，可以利用濃度商計(jì)算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（4）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律③×2-②-①可知：則汽車尾氣處理的反應(yīng)之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-393.5kJ•mol^-1）-（-221.0kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5KJ/mol，2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，正反應(yīng)氣體體積減小，△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿足△H-T•△S＜0，需低溫下進(jìn)行，
故答案為：-746.5KJ/mol；低溫；
（2）①反應(yīng)從開始到9min時，圖象分析可知一氧化碳濃度變化為0.04mol/L，二氧化碳生成濃度為0.04mol/L，用CO₂表示該反應(yīng)的速率=$\frac{0.04}{9}$mol/（L•min）≈0.0044mol/（L•min），
故答案為：0.0044mol/（L•min）；
②圖象分析可知12min后一氧化氮和一氧化碳濃度增大，氮?dú)鉂舛葴p小，說明平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，符合圖象變化，
故答案為：升溫；
③依據(jù)圖象分析，18min時平衡狀態(tài)下物質(zhì)的濃度為c（NO）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（N₂）=0.01mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），K=$\frac{C（C{O}_{2}）C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；若保持溫度不變，此時再向容器中充入CO、NO各0.060mol，濃度商計(jì)算Qc=$\frac{0.0{2}^{2}×0.07}{0.1{8}^{2}×0.1{4}^{2}}$=0.044＞K，平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；逆向；
（3）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故A錯誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故B正確；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（4）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該原電池中負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計(jì)算應(yīng)用、原電池等知識，注意平衡的條件分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．