Question

2014年初，霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．加強(qiáng)汽車尾氣排放監(jiān)測(cè)和降低有毒氣體的排放對(duì)于減少霧霾具有重要的意義．
（1）在汽車上安裝高效催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低NO_x和CO的排放．某科研小組為了測(cè)定在某種催化劑作用下[2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）]的反應(yīng)速率，在溫度T℃下用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

濃度   時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5	6
c（NO）（×10-4mol/L）	8.50	4.50	a	1.50	1.00	0.80	0.80
c（CO）（×10-3mol/L）	3.60	3.20	3.00	b	2.85	2.83	2.83

（已知：T℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5×10³L?mol^-1）
①前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=

 

．
②根據(jù)該反應(yīng)中反應(yīng)物的濃度變化與時(shí)間的關(guān)系，判斷表格中a=

 

b=

 

③已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234.3kJ/mol
則反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）的△H=

 

，一定壓強(qiáng)下，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是

 

（填“高溫”或“低溫”）．
（2）T℃時(shí)，向體積為2L的恒容密閉容器中開(kāi)始充入0.2mol CO、0.2mol NO、2mol CO₂和x mol N₂，若要使反應(yīng)在開(kāi)始時(shí)正向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是

 

．
（3）利用原電池工作原理可以測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示．該電池中電解質(zhì)為熔融碳酸鹽，CO₃^2-在固體介質(zhì)中可以自由移動(dòng)，氣體A為

 

，正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡建立的過(guò)程,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①化學(xué)反應(yīng)速率=

△c

△t

計(jì)算v（CO）的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
③依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需讓化學(xué)方程式，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)是△H-T△S＜0分析判斷；
（2）依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析，若要使反應(yīng)在開(kāi)始時(shí)正向進(jìn)行，Q＜K分析判斷；
（3）由題意知多空電極a為負(fù)極，CO在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，多空電極b為正極，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)；

解答： 解：（1）①反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（CO₂）=v（CO）=

3.60×10-3mol/L-3.00×10-3mol/L

2s

=3×10^-4mol/（L?s）；
故答案為：3×10^-4mol/（L?s）；
 ②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)交換平衡三段式列式計(jì)算
                       2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）
起始量（mol/L）   8.50×10^-4    3.60×10^-3       0       0
變化量（mol/L）   6.0×10^-46.0×10^-46.0×10^-4 3.0×10^-4
2s量（mol/L）    2.5×10^-4      3.0×10^-3 6.0×10^-4 3.0×10^-4
                      2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）
起始量（mol/L）   8.50×10^-4    3.60×10^-3       0       0
變化量（mol/L）   7.0×10^-4     7.0×10^-4       7.0×10^-4 3.50×10^-4
3s量（mol/L）     1.5×10^-4     2.9×10^-3        7.0×10^-4 3.50×10^-4
a=2.5，b=2.9；
故答案為：2.5；  2.9；
③a、N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+179.5kJ/mol
b、2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
c、NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234.3kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律c×2+b-a得到，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H=-760.4 kJ/mol；
反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)是△H-T△S＜0，△H＜0，△S＜0，滿足△H-T△S＜0需要在低溫下；
故答案為：-760.4 kJ/mol，低溫；
（2）若要使反應(yīng)在開(kāi)始時(shí)正向進(jìn)行，Q=

x 2 ×12

0．12×0．12

＜K=5×10³L?mol^-1
計(jì)算得到取值為：0≤x＜1；
故答案為：0≤x＜1；
（3）在此原電池中，CO充入負(fù)極區(qū)，CO失電子在熔融態(tài)碳酸鹽中生成二氧化碳，氧氣充入正極區(qū)，得電子與二氧化碳生成碳酸根，
故答案為：CO₂，O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率概念，平衡計(jì)算應(yīng)用，熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，原電池原理分析，電極書(shū)寫(xiě)，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．