Question

8．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N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL．
（2）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amolCO與3amolH₂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$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是BD．
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1molCO和3molH₂
③經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^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）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．該電池的負極反應式為CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O．電池工作時，固體電解質里的O^2-向負極移動．

Answer 1

分析 （1）反應熱△H=斷鍵吸收的總能量-成鍵放出的總能量，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）①平衡常數(shù)是指生成物濃度化學計量數(shù)冪乘積與反應物濃度化學計量數(shù)冪成鍵之比；
②A．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動；
C．充入He，恒溫恒容下，混合氣體個組分濃度不變，平衡不移動的；
D．再充入1molCO和3molH₂等效為在原平衡基礎上壓強增大一倍，平衡正向移動；
③計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應向逆反應進行，若Qc＜K，反應向正反應進行；
（3）本質是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，原電池負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子生成陽離子，而甲醇在負極失去電子，與O^2-離子結合生成二氧化碳與水；
原電池工作時，電解質陽離子向正極移動，陰離子向負極移動．

解答 解：（1）反應熱△H=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，故熱化學反應方程式為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183 kJ/moL；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②A．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，甲醇產率減小，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動，甲醇產率增大，故B正確；
C．充入He，恒溫恒容下，混合氣體個組分濃度不變，平衡不移動，甲醇產率不變，故C錯誤；
D．再充入1molCO和3molH₂等效為在原平衡基礎上壓強增大一倍，平衡正向移動，甲醇產率增大，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=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，說明反應逆向進行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）本質是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，原電池負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子生成陽離子，而甲醇在負極失去電子，與O^2-離子結合生成二氧化碳與水，負極電極反應式為：CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O，
原電池工作時，電解質陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，固體電解質里的O^2-向負極移動，
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-═CO₂+2H₂O；負．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、熱化學方程式書寫、電解原理等，（4）中注意題目信息運用，可以利用總反應式減去正極反應的得到負極反應式，難度中等．