Question

10．研究氮的氧化物、硫的氧化物、碳的氧化物等大氣污染物的處理具有重要意義．
（1）汽車排氣管內安裝的催化轉化器，可使尾氣中主要污染物轉化為無毒物質．下列說法能說明
恒溫恒容條件下的反應；2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1
已達到化學平衡的是D
A．單位時間內消耗了2moINO的同時消耗的2moICO
B．CO與CO₂的物質的量濃度相等的狀態(tài)
C．氣體密度保持不變的狀態(tài)           D．氣體平均摩爾質量保持不變的狀態(tài)
（2）NO₂與SO₂混合可發(fā)生反應：NO₂（g）+SO₂（g）≒SO₃（g）+NO（g）．將一定量的NO₂與SO₂置于絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，正反應速率隨時間變化的趨勢如圖1所示．由圖（縱軸代表正反應速率）可知下列說法正確的是C（填字母）．
A．反應在c點達到平衡狀態(tài)
B．反應物濃度：a點小于b點
C．反應物的總能量高于生成物的總能量
D．△t₁=△t₂時，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段

（3）CO在實際中有以下應用：用Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO₂的混合氣作為正極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池．完成有關的電極反應式．負極反應式：2CO+2CO₃^2-一4e^-=4CO₂   正極反應式：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．圖2是利用甲烷燃料電池電解50mL 2mol•L^-1的氯化銅溶液的裝置示意圖：請回答：①甲烷燃料電池的負極反應式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O②當A中消耗0.15mol氧氣時，B中b極（填”a”或”b”）增重6.4  g．

Answer 1

分析 （1）反應到達平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，由此進行判斷．
（2）該反應是一個反應前后體積不變的可逆反應，容器的體積恒定、混合氣體的物質的量的不變，所以壓強對反應速率無影響，但溫度和濃度影響其反應速率，結合圖象可知反應速率先增大后減小，因為只要開始反應，反應物濃度就要降低，反應速率應該降低，但此時正反應卻是升高的，這說明此時溫度的影響是主要的，由于容器是絕熱的，因此只能是正反應為放熱反應，從而導致容器內溫度升高反應速率加快；
（3）該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子而發(fā)生還原反應；
（4）①甲烷燃料堿性電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
②電解池中，陰極上電極反應式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據(jù)串聯(lián)電路中轉移電子相等計算析出銅的質量．

解答 解：（1）恒溫恒容條件下的反應；2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1已達到化學平衡的是，
A．單位時間內消耗了2moINO的同時消耗的2moICO，表示的是反應正向進行，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO與CO₂的物質的量濃度相等的狀態(tài)和起始量和消耗量有關，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應前后氣體質量和體積不變，氣體密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；        
D．反應前后氣體質量不變，氣體物質的量變化，當氣體平均摩爾質量保持不變的狀態(tài)，是平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；  
（2）A．化學平衡狀態(tài)的標志是各物質的濃度不再改變，其實質是正反應速率等于逆反應速率，c點對應的正反應速率顯然還在改變，故一定未達平衡，故A錯誤；
B．a到b時正反應速率增加，反應物濃度隨時間不斷減小，故B錯誤；
C、從a到c正反應速率增大，之后正反應速率減小，說明反應剛開始時溫度升高對正反應速率的影響大于濃度減小對正反應速率的影響，說明該反應為放熱反應，即反應物的總能量高于生成物的總能量，故C正確；
D、隨著反應的進行，正反應速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO₂的轉化率將逐漸增大，故D錯誤；
故答案為：C；  
（3）該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子而發(fā)生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）①甲烷堿性燃料電池中，負極上電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，正極上電極反應式為 O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②電解池中，陰極上電極反應式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，連接原電池負極的是陰極，所以B中析出金屬的是b電極，當A中消耗0.15mol氧氣時，轉移電子的物質的量=0.15mol×4=0.6mol，n（Cu ²⁺ ）=2mol/L×0.05L=0.1mol，銅離子完全析出需要0.2mol電子，串聯(lián)電路中轉移電子相等，b電極上析出銅和氫氣，所以析出銅的質量=0.1mol×64g/mol=6.4g，
故答案為：b；6.4．

點評 本題考查較綜合，涉及原電池和電解池原理、弱電解質電離、蓋斯定律等知識點，明確弱電解質的電離常數(shù)與酸根離子水解程度之間的關系、蓋斯定律、原電池和電解池原理即可解答，陰極上不僅銅離子放電氫離子也放電，不能單純根據(jù)轉移電子相等計算析出銅的質量，為易錯點，題目難度中等．