Question

14．汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO．為減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：
（1）已知：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.5KJ/mol（條件為使用催化劑）
2C （s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
則N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1．
（2）T℃下，在一容積不變的密閉容器中，通入一定量的NO和CO，用氣體傳感器測得不同時間NO和CO的濃度如下表

時間/s	0	1	2	3	4	5
C（NO）10-4  mol/L	10.0	4.50	C1	1.50	1.00	1.00
C（CO）10-3  mol/L	3.60	3.05	C2	2.75	2.70	2.70

則c₁合理的數值為D（填字母標號）．
A．4.20      B．4.00      C．3.50     D．2.50
（3）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學反應速率．根據下表設計的實驗測得混合氣體中NO的濃度隨時間t變化的趨勢如圖所示：

實驗 編號	T/°C	NO初始濃 度/10-3mol•L-1	CO初始濃 度/10-3mol•L-1	催化劑的比 表面積/m2•g-1
①	350	1.20	5.80	124
②	280	1.20	5.80	124
③	280	1.20	5.80	82

則曲線I對應的實驗編號為③．
（4）將不同物質的量的H₂O（g）和CO（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	CO	H2
①	650	2	4	2.4	1.6	5
②	900	1	2	1.6	0.4	3
③	900	a	b	c	d	t

①實驗組①中以v（CO₂）表示的反應速率為0.16mol/（L•min）．
②若a=2，b=1，則c=0.6，達平衡時實驗組②中H₂O（g）和實驗組③中CO的轉化率的關系為：α₂ （H₂O）=α₃ （CO）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（5）CO分析儀的傳感器可測定汽車尾氣是否符合排放標準，該分析儀的工作原理類似于燃料電池，其中電解質是氧化釔（Y₂O₃）和氧化鋯（ZrO₂）晶體，能傳導O^2-．
①負極的電極反應式為CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．

②以上述電池為電源，通過導線連接成圖一．若X、Y為石墨，a為2L 0.1mol/L KCl溶液，寫出電解總反應的離子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．電解一段時間后，取25mL上述電解后的溶液，滴加0.04mol/L醋酸得到圖二曲線（不考慮能量損失和氣體溶于水，溶液體積變化忽略不計）．根據圖二計算，上述電解過程中消耗一氧化碳的質量為2.8g．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算；
（2）由表中數據可知4s時反應到達平衡，1-3s內NO濃度變化量為4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，該2s內平均每秒內變化量為1.5×10^-4 mol/L，隨反應進行，反應速率減小，該2s中前1s內NO濃度變化量應大于1.5×10^-4 mol/L，則2s時NO的濃度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s時NO的濃度應介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之間；
（3）由圖可知，曲線Ⅰ和曲線Ⅱ相比，平衡沒有移動，反應速率Ⅱ比Ⅰ快，故曲線Ⅱ中催化劑比比表面積大于Ⅰ，而其它條件相同；而曲線Ⅲ和曲線Ⅱ相比，反應速率變快且平衡逆向移動，該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；
（4）①列三段表示出實驗1各物質濃度的變化情況，然后根據速率公式：v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②實驗組②和實驗組③溫度相同，平衡常數相同，根據三行式進行計算求解；
（5）①CO發生氧化反應與O^2-結合生成CO₃^2-；
②陽極上氯離子失電子，陰極上陽離子得電子．

解答 解：（1）已知：①2 NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.5KJ/mol
②2C （s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
③C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
則依據蓋斯定律，③×2-②-①得到：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g） 則△H=（-393.5KJ/mol）×2-（-220KJ/mol）-（-746.5KJ/mol）=+180.5KJ/mol，
故答案為：+180.5；
（2）由表中數據可知4s時反應到達平衡，1-3s內NO濃度變化量為4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，該2s內平均每秒內變化量為1.5×10^-4 mol/L，隨反應進行，反應速率減小，該2s中前1s內NO濃度變化量應大于1.5×10^-4 mol/L，則2s時NO的濃度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s時NO的濃度應介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之間，選項中只有2.5×10^-4 mol/L符合，
故選：D；
（3）由于②、③溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，化學平衡不移動，達到相同的平衡狀態，但②的起始濃度較大，催化劑的比表面積較大，則反應的速率大，所以②先達到化學平衡；由于①、②濃度、催化劑的比面積大相同，而①的溫度較高，反應速率較快，先到達平衡，且平衡向逆反應移動，平衡時NO的濃度增大，
所以曲線Ⅰ對應實驗③，曲線Ⅱ對應實驗②，曲線Ⅲ對應實驗①，
故答案為：③；
（4）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L     2mol/L      0         0
轉化 0.8mol/L   0.8mol/l   0.8mol/L    0.8mol/L
平衡0.2mol/L   1.2mol/L   0.8mol/L   0.8mol/L
v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.8mol/L}{5min}$=0.16mol/（L•min），故答案為：0.16mol/（L•min）；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L     1mol/L      0         0
轉化 0.2mol/L     0.2mol/l   0.2mol/L   0.2mol/L
平衡0.3mol/L      0.8mol/L   0.2mol/L   0.2mol/L
      H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始   1mol/L      0.5mol/L        0         0
轉化 （0.5-$\frac{c}{2}$）mol/L  （0.5-$\frac{c}{2}$）mol/l  $\fracp9vv5xb5{2}$mol/L   $\fracp9vv5xb5{2}$mol/L
平衡（0.5+$\frac{c}{2}$）mol/L     $\frac{c}{2}$mol/L     $\fracp9vv5xb5{2}$mol/L       $\fracp9vv5xb5{2}$mol/L
所以0.5-$\frac{c}{2}$=$\fracp9vv5xb5{2}$
則：d=1-c，由平衡常數相等可知：$\frac{\frac{1-c}{2}×\frac{1-c}{2}}{（0.5+\frac{c}{2}）×\frac{c}{2}}=\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$，解之得c=0.6，②中H₂O（g）的轉化率為：$\frac{0.2}{0.5}×100%$=40%，實驗組③中CO的轉化率的$\frac{0.5-\frac{0.6}{2}}{0.5}$=40%，故答案為：0.6；=；
（5）①負極CO發生氧化反應與O^2-結合生成CO₃^2-，負極電極反應式為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，
故答案為：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-；
②陽極上氯離子失電子，陰極上陽離子得電子，所以電解0.1mol/L KCl溶液，其電解總反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；根據圖知，KOH溶液的pH=13，常溫下，KOH的濃度是0.1mol/L，則n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根據2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑知，生成0.2mol氫氧根離子轉移電子的物質的量=$\frac{0.2mol}{2}$×2=0.2mol，燃料電池的負極反應方程式是CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，消耗1molCO轉移電子數=2mol，因此當轉移0.2mol電子時消耗CO的物質的量為0.1mol，則CO的質量=0.1mol×28g/mol=2.8g，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；2.8．

點評 本題考查蓋斯定律的應用，化學平衡常數的計算及應用，做題時注意影響平衡移動的因素以及平衡常數的有關計算，題目難度中等．