Question

1．近年來全國各地長期被霧霾籠罩，霧霾顆粒中汽車尾氣占20%以上．已知汽車尾氣中的主要污染物為NO_x、CO、超細顆粒（PM2.5）等有害物質．目前，已研究出了多種消除汽車尾氣污染的方法．根據(jù)下列示意圖回答有關問題：

（1）汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)（Ⅰ）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1，其能量變化示意圖如下：
[（N₂?（　�。�$\stackrel{946kJ．mol-1}{→}$2Ng（　�。㎡₂g（　　）$\stackrel{498kJ．mol-1}{→}$?2Og（?）]-$\stackrel{-akg．mol-1}{→}$2NO（g），則NO中氮氧鍵的鍵能為632kJ•mol^-1
（2）空燃比過小易產生CO，有人提出可以設計反應2CO（g）═2C（s）+O₂（g）來消除CO的污染．判斷該設想是否可行，并說出理由：不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進行或該反應△H＞0，△S＜0，則△G＞0．
（3）在汽車上安裝三元催化轉化器可實現(xiàn)反應：（Ⅱ）2NO（g）+2CO（g）??N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．若該反應在恒壓的密閉容器中進行，則下列有關說法正確的是C
A．其他條件不變，增大催化劑與反應物的接觸面積，能提高反應速率，使平衡常數(shù)增大
B．平衡時，其他條件不變，升高溫度，逆反應速率增大，正反應速率減小
C．在恒溫條件下，混合氣體的密度不變時，反應達到化學平衡狀態(tài)
D．平衡時，其他條件不變，增大NO的濃度，反應物的轉化率都增大
（4）將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應（Ⅱ），經過相同時間內測量逸出氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉化率），結果如圖所示．以下說法正確的是D．
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高
B．相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響
C．曲線①、②最高點表示此時平衡轉化率最高
D．兩種催化劑分別適宜于55℃和75℃左右脫氮
（5）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，其工作原理示意圖如圖甲，該燃料電池的電池反應式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）
①用上述電池做電源，用圖乙裝置電解飽和食鹽水（C₁、C₂均為石墨電極），該反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，電解初始在電極C₂（填“C₁”或“C₂”）的周圍先出現(xiàn)紅色．
②當有8g甲醇完全反應，在C₂上可收集到標準狀況下氣體的體積為16.8L．

Answer 1

分析 （1）△H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和；
（2）根據(jù)△H-T△H＜0來判斷反應的自發(fā)性；
（3）A．催化劑不能改變化學平衡；
B．升高溫度，正逆反應速率增大；
C．該反應為氣體參與生成氣體的反應，反應前后氣體的質量不變，但體積數(shù)減小，結合ρ=$\frac{m}{v}$分析；
D．平衡時，其他條件不變，增大NO的濃度，反應物NO的轉化率減��；
（4）A．催化劑只影響反應速率，不會改變轉化率；
B．增大壓強平衡向逆反應方向移動；
C．最高點為催化劑活性最高的溫度；
D．根據(jù)圖象判斷，脫氨率最高的點對應的溫度應是最適宜溫度；
（5）①電解飽和食鹽水時，反應物為氯化鈉和水，生成物為氫氧化鈉、氫氣和氯氣，據(jù)此寫出反應的離子方程式；電解過程中，陽極氯離子失去生成氯氣，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時產生氫氧根離子；
②依據(jù)電極反應電子守恒計算，原電池負極電極反應CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，和電解池陰極電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑存在電子守恒．

解答 解：（1）設NO中氮氧鍵的鍵能為x，
△H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=（946+498）kJ•mol^-1-2×x=180kJ•mol^-1，解得x=632 kJ•mol^-1，
故答案為：632；
（2）2CO（g）=2C（s）+O₂（g）（△H＞0、△S＜0）是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行，所以無法消除CO的污染，
故答案為：不合理，該反應焓增、熵減，任何條件下都不能自發(fā)進行或該反應△H＞0，△S＜0，則△G＞0；
（3）A．其他條件不變，增大催化劑與反應物的接觸面積，能提高反應速率，平衡常數(shù)只與溫度有關，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故A錯誤；
B．平衡時，其他條件不變，升高溫度，逆反應速率增大，正反應速率也增大，故B錯誤；
C．該反應為氣體參與生成氣體的反應，反應前后氣體的質量不變，但體積數(shù)減小，密度ρ=$\frac{m}{v}$，混合氣體的密度不變時，反應達到化學平衡狀態(tài)，故C正確；
D．平衡時，其他條件不變，增大NO的濃度，反應物CO的轉化率增大，反應物NO的轉化率減小，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）A．催化劑不會影響轉化率，只影響反應速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對轉化率沒有影響，故A錯誤；
B．反應為體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應方向移動，脫氮率減小，故B錯誤．
C．圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點為催化劑活性最大的狀態(tài)，與平衡轉化率無關，故C錯誤；
D．兩種催化劑分別在55℃和75℃左右催化效率最高，說明此時催化劑的活性最大，故D正確；
故答案為：D；
（5）①電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，電解反應中，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時產生了氫氧根離子，所以在陰極C₂ （連接電源負極的電極）先變紅，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；C₂；
②原電池負極電極反應CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，和電解池陰極電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑存在電子守恒，CH₃OH～3H₂↑～6e^-，當有8g甲醇完全反應物質的量=$\frac{8g}{32g/mol}$=0.25mol，在C₂上可收集到標準狀況下氣體的體積=0.25mol×3×22.4L/mol=16.8L，
故答案為：16.8L．

點評 本題考查了鍵能計算、化學平衡影響因素、電解池工作原理及其應用等知識，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，注意原電池和電解池工作原理中的電子守恒應用和化學平衡影響因素高頻考點，題目難度中等．