Question

7．汽車作為一種現代交通工具正在進入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NOx等有毒氣體，其污染問題也成為當今社會急需解決的問題．
（1）對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NOx有毒氣體相互反應轉化為無毒氣體．
2xCO+2NOx═2xCO₂+N₂，當轉移電子物質的量為0.4x mol時，該反應生成標準狀況下的N₂體積2.24L．
（2）一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料．可以還原金屬氧化物，還可以用來合成很多有機物如甲醇等．在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①該反應的平衡常數表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②取一定體積CO和H₂的混合氣體（物質的量之比為1：2），加入恒容密閉容器中發生上述反應，反應過程中測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系如圖1所示，則該反應的△H＜0 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③在兩種不同條件下發生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖2所示，曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．
④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是BD
A．升高溫度                     B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大    D．再充入1mol CO和3mol H₂
⑤經測定不同溫度下該反應的平衡常數如表：

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、c（H₂）=0.4mol/L、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，則此時v正＜v逆（填＞、＜或=）．
（3）甲醇是重要的基礎化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極加入甲醇，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-離子．該電池的正極反應式為O₂+4e^-=2O^2-．電池工作時，固體電解質里的O^2-向負極移動．

Answer 1

分析 （1）依據化學方程式中元素化合價變化計算電子轉移總數，每生成1molN₂電子轉移4xmol電子計算；
（2）①依據化學方程式和平衡常數概念書寫平衡常數表達式；
②根據溫度對平衡移動的影響判斷反應熱的符號；
③曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
④增加甲醇產率需要平衡正向進行，依據平衡移動原理結合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；
⑤依據計算的濃度商和該溫度下的平衡常數比較分析判斷反應進行方向；
（3）根據原電池工作原理寫出該電池正極反應式；根據電流方向及O^2-離子所帶電荷判斷O^2-移動方向．

解答 解：（1）反應2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂中，NO_x中N的化合價為+2x，生成1molN₂電子轉移為：2（2x-0）=4xmol電子，當轉移電子物質的量為0.4xmol時，反應生成氮氣0.1mol，標準狀況下氣體體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
故答案為：2.24；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應的平衡常數為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②根據圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應方向為放熱反應，則△H＜0，
故答案為：＜；
③根據圖象可知曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
④A．升高溫度，平衡逆向進行，甲醇產率減小，故A錯誤；                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進行，甲醇產率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，故C錯誤；     
D．再充入1mol CO和3mol H₂，反應物濃度增大，平衡正向進行，甲醇產率增大，故D正確；
故答案為：BD；
⑤250℃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，
濃度商Q=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，說明反應逆向進行，即v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）燃料電池中正極得到電子發生還原反應，該甲醇燃料電池中正極空氣中的氧氣得到電子生成氧離子，發生的電極反應為：O₂+4e^-=2O^2-；
電解質中，電流由負極流向正極，氧離子帶有負電荷，與電流方向相反，則從正極流向負極，
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；負．

點評 本題綜合性考查了蓋斯定律的應用、平衡常數的表達式及影響因素的判斷、電極方程式的書寫等，側重于對基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和解決問題的能力．