Question

10．目前人們對環境保護、新能源開發很重視．
（1）汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體轉化為無毒氣體．
4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1
對于該反應，溫度不同（T₂＞T₁）、其他條件相同時，如圖1圖象正確的是乙（填代號）．

（2）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如表：

時間/min 濃度/（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①根據圖表數據分析T₁℃時，該反應在0-20min的平均反應速率v（CO2）=0.015mol•L^-1•min^-1；計算該反應的平衡常數K=0.56．
②30min后，只改變某一條件，根據上表的數據判斷改變的條件可能是bc（填字母代號）．
a．加入一定量的活性炭          b．通入一定量的NO
c．適當縮小容器的體積          d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則達到新平衡時NO的轉化率降低（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（3）以CO₂與NH₃為原料可合成化肥尿素[化學式為CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ/mol
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態水的熱化學反應方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1．
（4）一種氨燃料電池，使用的電解質溶液是2mol/L的KOH溶液．
電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O；
請寫出通入圖2中a氣體一極的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g NH₃轉移電子的物質的量為0.6mol．

Answer 1

分析 （1）該反應中焓變小于0，為放熱反應，升高溫度，正逆反應速率都增大，且反應向著逆向進行，二氧化氮轉化率減小、一氧化碳的體積含量減小，據此對各圖象進行判斷；
（2）①分析圖表數據，根據V=$\frac{△c}{△t}$計算得到反應速率，根據k=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計算；
②依據圖表數據分析，結合平衡濃度計算平衡常數和濃度變化分析判斷，30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，依據平衡常數計算，平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動；
（3）由已知熱化學方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態水的熱化學反應方程式；
（4）由反應可知，負極上氨氣失去電子生成氮氣，根據電子與氨氣的物質的量關系計算．

解答 解：（1）該反應為放熱反應，升高溫度，正逆反應速率均增大，都應該離開原來的速率點，圖象與實際情況不相符，故甲錯誤；
升高溫度，反應向著逆向進行，反應物的轉化率減小，反應速率加快，圖象與實際反應一致，故乙正確，
壓強相同時，升高溫度，反應向著逆向移動，一氧化氮的體積分數應該增大，圖象與實際不相符，故丙錯誤，
故答案為：乙；
（2）①0～20min內，CO₂的平均反應速率v（CO₂）=$\frac{0.3mol/L}{20min}$=0.015mol•L^-1•min^-1；
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡濃度c（N₂）=0.3mol/L；c（CO₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反應的平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.42}$=0.56；
故答案為：0.015mol•L^-1•min^-1；0.56；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，依據平衡常數計算K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.42}$=0.56，平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故a錯誤；
b．通入一定量的NO，新平衡狀態下物質平衡濃度增大，故b正確；
c．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態物質濃度增大，故c正確；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，故d錯誤；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時NO的轉化率，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應；
故答案為：降低；＜；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）→NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ/mol
②NH₂CO₂NH₄（s）→CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
③H₂O（l）→H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
依據熱化學方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態水的熱化學反應方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1；
（4）電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負極是氨氣失電子生成氮氣，負極的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g NH₃即0.2mol，轉移電子的物質的量為0.6mol；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；0.6mol．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、原電池原理的應用、影響平衡移動的因素、平衡常數的有關計算等，綜合性較強，側重分析及計算能力的考查，把握化學平衡常數的有關計算以及原電池原理、電極反應為解答的關鍵，題目難度中等．