Question

12．2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應的有效途徑．目前，由CO₂來合成二甲醚已取得了較大的進展，其化學反應是：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①寫出該反應的平衡常數表達式$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
②判斷該反應在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達到化學平衡狀態的依據是BD．
A．容器中密度不變              B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3      D．容器內壓強保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g） $\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂ （g）
在密閉容器中發生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖所示．據此判斷：
①該反應的△H＜0（選填“＞”、“＜”）．
②當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ•mol^-1．
①經測定不同溫度下該反應的平衡常數如下：

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“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

達到平衡時CO的轉化率為45%．
（4）液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來越被研究人員重視．它在安全性、價格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優勢．氨在燃燒實驗中相關的反應有：
4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁  ①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂ ②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃ ③
請寫出上述三個反應中△H₁、△H₂、△H₃三者之間關系的表達式，△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$．
（5）美國Simons等科學家發明了使NH₃直接用于燃料電池的方法，其裝置為用鉑作為電極，加入KOH電解質溶液中，其電池反應為 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，寫出該燃料電池的正極反應式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）①化學平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量不變，由此引起的一系列物理量不變；
（2）①根據先拐先平數值大知，T1＞T2，升高溫度，二氧化碳濃度降低，說明正反應是放熱反應；
②催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以平衡時二氧化碳濃度不變，但反應到達平衡的時間縮短；
（3）①該反應的濃度商=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K，平衡逆向移動；
②根據表中數據知，20min時該反應達到平衡狀態，恒溫恒容條件下，反應前后氣體物質的量之比等于其壓強之比，反應后壓強是反應前的0.70倍，則反應后氣體物質的量=0.70×（1+2）mol=2.1mol，根據方程式知，參加反應的n（CO）為反應前后氣體減少物質的量的一半，所以參加反應的n（CO）=（1+2-2.1）mol×$\frac{1}{2}$=0.45mol，據此計算其轉化率；
（4）根據蓋斯定律計算其反應熱，從而確定三個焓變關系；
（5）燃料堿性電池中，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子．

解答 解：（1）①化學平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）．{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）．{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
②A．容器中氣體質量不變、容器體積不變，所以容器中密度始終不變，則不能根據密度判斷平衡狀態，故錯誤；           
B．單位時間內消耗2molCO₂，同時消耗1mol二甲醚也同時生成1mol二甲醚，二甲醚正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故正確；
C．無論反應是否達到平衡狀態都存在v（CO₂）：v（H₂）=1：3，所以不能據此判斷平衡狀態，故錯誤；
D．反應前后氣體物質的量之和減小，所以反應前后氣體壓強改變，當容器內壓強保持不變時，該反應達到平衡狀態，故正確；
故選BD；
（2）①根據先拐先平數值大知，T1＞T2，升高溫度，二氧化碳濃度降低，說明正反應是放熱反應，則焓變小于0，故答案為：＜；
②催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以平衡時二氧化碳濃度不變，但反應到達平衡的時間縮短，其圖象為，
故答案為：；
（3）①該反應的濃度商=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K，平衡逆向移動，則正反應速率小于逆反應速率，故答案為：＜；
②根據表中數據知，20min時該反應達到平衡狀態，恒溫恒容條件下，反應前后氣體物質的量之比等于其壓強之比，反應后壓強是反應前的0.70倍，則反應后氣體物質的量=0.70×（1+2）mol=2.1mol，根據方程式知，參加反應的n（CO）為反應前后氣體減少物質的量的一半，所以參加反應的n（CO）=（1+2-2.1）mol×$\frac{1}{2}$=0.45mol，所以CO轉化率=$\frac{0.45mol}{1mol}×100%$=45%，
故答案為：45%；
（4）由反應4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁ ①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂ ②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃③
則反應$\frac{3②+2③}{5}$可得到反應①，則△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$，故答案為：△H₁=$\frac{3△{H}_{2}+2△{H}_{3}}{5}$；
（5）燃料堿性電池中，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、化學平衡常數有關計算等知識點，為高頻考點，只有反應前后改變的物理量才能作為平衡狀態判斷依據，難點是電極反應式的書寫及平衡移動方向判斷，題目難度中等．