Question

8．在汽車上安裝三效催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物（CO、NO_x、碳氫化合物）進行相互反應，生成無毒物質，減少汽車尾氣污染．
（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
①尾氣轉化的反應之一：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1．
②已知：N₂、O₂分子中化學鍵的鍵能分別是946kJ•mol^-1、497kJ•mol^-1，則NO分子中化學鍵的鍵能為631.25kJ•mol^-1．
（2）某研究性學習小組在技術人員的指導下，在某溫度時，按下列流程探究某種催化劑作用下的反應速率，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）×（10-4mol•L-1）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
C（CO）×（10-3mol•L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
①前3s內的平均反應速率v （N₂）=1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1．
②在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=5000．（只寫出計算結果）
③該可逆反應△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”），在低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下能自發(fā)進行．
（3）CO分析儀以燃料電池為工作原理，其裝置如圖所示，該電池中電解質為氧化釔-氧化鈉，其中O^2-可以在固體介質NASICON中自由移動．下列說法錯誤的是B

A．負極的電極反應式為：CO+O^2--2e^-=CO₂
B．工作時電極b作正極，O^2-由電極a流向電極b
C．工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b
D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高．

Answer 1

分析 （1）①按順序將三個熱化學方程式編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律③×2-①-②可得；
②反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）①依據(jù)化學反應速率是利用單位時間物質濃度的變化計算得到；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)結合平衡三段式列式計算平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)概念分析計算得到；
③依據(jù)反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)分析△H-T△S＜0，反應自發(fā)進行；
（3）A．負極的電極反應式為：CO+O^2--2e^-═CO₂；
B．該燃料電池的正極反應為：O₂+4e^-=2O^2-，生成的O^2-由b極向a極遷移；
C．a(chǎn)電極是負極，b電極是正極，工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b；
D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高．

解答 解：（1）①按順序將三個熱化學方程式編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律③×2-自發(fā)進行①-②可得2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1．
故答案為：-746.5 kJ•mol^-1；
②N₂、O₂分子中化學鍵的鍵能分別是946kJ•mol^-1、497kJ•mol^-1，反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
設NO分子中化學鍵的鍵能為x
△H=946kJ•mol^-1++497kJ•mol^-1-2x=+180.5kJ•mol^-1
則NO分子中化學鍵的鍵能x=631.25kJ•mol^-1
故答案為：631.25；
（2）①v （N₂）=$\frac{1}{2}$v （NO）=$\frac{1}{2}$×$\frac{{10.0×{{10}^{-4}}-1.5×{{10}^{-4}}}}{3}$=1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1
故答案為：1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1；
②反應至4s達平衡，此時
c（N₂）=$\frac{1}{2}$△c（NO）=$\frac{1}{2}$×（10.0×10^-4 mol•L^-1-1.00×10^-4 mol•L^-1）=4.50×10^-4 mol•L^-1
c（CO₂）=△c（NO）=10.0×10^-4 mol•L^-1-1.00×10^-4 mol•L^-1=9.00×10^-4 mol•L^-1
故化學平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{4.5×1{0}^{-4}mol/L×（9×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000L•mol^-1．
故答案為：5000；
③2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）反應熵變△S＜0，低溫反應自發(fā)進行
故答案為：＜；低溫；
（3）A．負極的電極反應式為：CO+O^2--2e^-═CO₂，故A正確；
B．該燃料電池的正極反應為：O₂+4e^-=2O^2-，生成的O^2-由b極向a極遷移，故B錯誤；
C．a(chǎn)電極是負極，b電極是正極，工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b，故C正確；
D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高，故D正確；
故答案為：B．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目涉及化學反應速率，化學平衡常數(shù)的計算應用，題目難度中等．