Question

低碳出行，減少汽車尾氣排放，保護我們的家園．
（1）在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉換器可減少NO和CO污染，反應為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．在2L的密閉容器中，n（CO₂）與溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的關系如圖．

①該反應△H

 

0（填“＞”、“＜”），平衡常數(shù)表達式為

 

；在T₂溫度下0～2s內的平均反應速率υ（N₂）=

 

．
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S₂＞S₁，在圖中畫出n（CO₂）在T₂、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
③該反應在恒溫、恒容的密閉容器中進行，如圖正確且能說明反應t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號）．（圖中υ_逆、K、n、P分別表示逆反應速率、平衡常數(shù)、物質的量、體系壓強）
（2）①用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．己知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3lkJ?mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1
寫出CH₄（g）催化還原NO（g）生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：

 

．
②依據(jù)原電池的構成原理，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是

 

（填序號）．
A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H＞0
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0
若以稀硫酸為電解質溶液，則該原電池的正極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,反應速率的定量表示方法

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移；根據(jù)方程式依據(jù)K的含義書寫；根據(jù)CO₂的變化量求出CO₂的反應速率，再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比求出υ（N₂）；
②根據(jù)催化劑不改變平衡，只改變速率；
③反應達到平衡狀態(tài)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(fā)生變化，可由此進行判斷；
（2）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的計算；
②根據(jù)放熱的、自發(fā)的氧化還原反應能設計成原電池；根據(jù)正極氧氣得到電子與氫離子反應生成水．

解答： 解：（1）①由圖1可知升高溫度，CO₂減少，平衡逆移，說明逆方向為吸熱方向，所以正方向為放熱方向，即△＜0；已知反應為：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則平衡常數(shù)表達式K=

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；CO₂的物質的量變化量為0.1mol，則濃度變化為c=

△n

V

=

0.1mol

2L

=0.05mol/L，則CO₂的反應速率v（CO₂）=

△C

△t

=

0.05mol/L

2s

=0.025mol/（L?s），所以υ（N₂）=

1

2

v（CO₂）=0.0125 mol/（L?s）；
故答案為：＜；

c2(CO2)?c(N2)

c2(NO)?c2(CO)

；0.0125 mol/（L?s）；
②催化劑不改變平衡，只改變速率，所以若催化劑的表面積S₂＞S₁，反應到達平衡的時間縮短，平衡不移動，其圖象為：；

故答案為：；
③a、當逆反應速率與正反應速率相等時，屬于平衡狀態(tài)，此時速率保持不變，故a不選；
b、K只隨溫度的變化而變化，與是否達到平衡狀態(tài)無關，故b不選；
c、當物質的物質的量不變即是平衡狀態(tài)，故c選；
d、已知2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），該反應的總物質的量減小，所以壓強減小，當壓強不變即是平衡狀態(tài)，故d選．
故答案為：cd；
（2）①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ?mol^-1 ①
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ?mol^-1 ②
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.97kJ?mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律：2×①+2×③-②得到：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1245.63 kJ/mol；
②A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H＞0是吸熱的氧化還原反應，不能設計成原電池，故A錯誤；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0是放熱的復分解反應，不能設計成原電池，故B錯誤；
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H＞0是吸熱的氧化還原反應，不能設計成原電池，故C錯誤；
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0放熱的自發(fā)的氧化還原反應，能設計成原電池，故D正確；
正極氧氣得到電子與氫離子反應生成水，電極反應方程式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
故答案為：D；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點評：本題考查了平衡移動的判斷，反應速率的計算，催化劑對平衡的影響，蓋斯定律的應用、原電池的構成原理等，側重于反應原理的應用的考查，題目難度中等．