Question

9．化學與能源問題和環境污染污染問題密切相關．
Ⅰ．（1）汽車尾氣中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂氣體，其中NO₂能導致酸雨的形成也能導致光化學煙霧的形成；目前采用的是汽車排氣裝置中安裝一個凈化器，可以有效的將尾氣中的有害氣體轉化．
（2）已知：CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
則CO（g）把NO₂（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式為4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol．
Ⅱ．在容積為2L的密閉容器中，進行如下反應：
A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），在不同溫度下，D的物質的量n（D）和時間t的關系如圖1．

請回答下列問題：
（1）700℃時，0～5min內，以C表示的平均反應速率為0.135mol/（L．min）．
（2）能判斷反應達到化學平衡狀態的依據是AB．
A．容器中壓強不變     B．混合氣體中c（A）不變      C．2v_正（B）=v_逆（D）    D．c（A）=c（C）
（3）若最初加入1.2mol A和2.4mol B，利用圖中數據計算在800℃時的平衡常數K=2.025，該反應為吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．
（4）800℃時，某時刻測得體系中物質的量濃度如下：c（A）=0.60mol/L，c （B）=0.50mol/L，c（C）=1.00mol/L，c（D）=0.18mol/L，則此時該反應向正方向移動（填“向正方向進行”、“向逆方向進行”或“處于平衡狀態”）．
Ⅲ．  甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．實驗室用如圖2裝置模擬上述過程：
①寫出陽極電極反應式Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②寫出除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）二氧化氮是形成酸雨和形成光化學煙霧的主要氣體；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到CO（g）把NO₂（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式；
Ⅱ、（1）先根據v=$\frac{△n}{V×△t}$計算v（D），再根據同一化學反應中，各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算v（B）；
（2）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，以及由此衍生的其它一些物理量不變，可由此進行判斷；
（3）先計算平衡時各物質的濃度，再根據K=$\frac{c（C）c（D）}{c（A）{c}^{2}（B）}$計算化學平衡常數；升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據D物質的量的變化確定反應熱；
（4）根據濃度商和化學平衡常數的相對大小判斷，如果濃度商大于化學平衡常數，則反應向正反應方向移動，如果濃度商小于化學平衡常數，則反應向逆反應方向移動；
Ⅲ、①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答 解：Ⅰ、（1）汽車尾氣中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂氣體，其中NO₂能導致酸雨的形成也能導致光化學煙霧的形成，
故答案為：NO₂；
（2）①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
依據蓋斯定律計算①×2+②得到CO（g）把NO₂（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式為：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol，
故答案為：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol；
Ⅱ、（1）v（D）=$\frac{\frac{0.45mol}{2L}}{5min}$=0.045mol/（L．min），反應速率之比等于化學方程式計量數之比，A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），該反應中v（C）=3v（D）=0.135mol/（L．min），
故答案為：0.135mol/（L．min）；
（2）A．該反應是一個反應前后氣體體積減小的可逆反應，當反應到達平衡狀態時，容器中壓強不變，所以能作為判斷化學平衡的依據，故A正確；
B．反應到達平衡狀態時，混合氣體中c（A）不變，說明到達平衡，故B正確；
C．當2v_正（B）=v_逆（D）時，即v_正（B）：v_逆（D）=1：2≠2：1，該反應不處于平衡狀態，故C錯誤；
D．當c（A）=c（C）時，該反應不一定達到平衡狀態，與反應物濃度及轉化率有關，故D錯誤；
故答案為：AB；
（3）A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），反應達到平衡狀態時，c（D）=0.6mol/L，c（C）=3c（D）=1.8mol/L，c（A）=$\frac{1.2mol-0.6mol/L}{2L}$=0.3mol/L，c（B）=$\frac{2.4mol-0.6mol×2}{2L}$=0.6mol/L，
K=$\frac{1．{8}^{3}×0.6}{0.3×0．{6}^{2}}$=2.025，
升高溫度，D的含量增大，說明平衡向正反應方向移動，則正反應是吸熱反應，
故答案為：2.025；吸熱；
（4）800℃時，某時刻測得體系中物質的量濃度如下：c（A）=0.60mol/L，c （B）=0.50mol/L，c（C）=1.00mol/L，c（D）=0.18mol/L
Qc=$\frac{{1}^{3}×0.18}{0.6×0．{5}^{2}}$=1.2＜2.05，則平衡向正反應方向移動，
故答案為：向正方向移動；Ⅲ、①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學反應速率的計算、化學平衡常數的應用、電解池原理分析和電極反應書寫方法，化學平衡狀態的特征及判斷、化學平衡圖象等知識、題目難度較大，注意認真分析．