Question

4．研究含氮污染物的治理是環(huán)保的一項重要工作．合理應用和處理氮的化合物，在生產生活中有重要意義．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
則汽車尾氣處理的反應之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，利于
該反應自發(fā)進行的條件是低溫（選填“高溫”或“低溫”）．
（2）將0.20mol NO和0.10molCO充入一個容積恒定為1L的密閉容器中發(fā)生反應：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應過程中 部分物質的濃度變化如圖1所示：
①反應從開始到9min時，用CO₂表示該反應的速率是0.0044mol/（L•min）（保留2位有效數字）
②第12min時改變的條件是升溫（填“升溫或降溫”）．
③第18min時建立新的平衡，此溫度下的平衡常數為$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$（列計算式），第24min時，若保持溫度不變，再向容器中充入CO和N₂各0.060mol，平衡將逆向移動（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（3）若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖如圖2正確且能說明反應在t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是BD（填序號）．

（如圖中v_正、K、n、m分別表示正反應速率、平衡常數、物質的量和質量）
（4）以氨為燃料可以設計制造氨燃料電池，產物無污染．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質溶液，則該電池負極電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式；當△G=△H-T•△S＜0時，反應能自發(fā)進行；
（2）①圖象分析可知一氧化碳濃度變化為0.04mol/L，二氧化碳生成濃度為0.04mol/L，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②圖象分析判斷12min后反應物濃度增大，生成物濃度減小，說明平衡逆向進行，反應是放熱反應，升溫改變符合圖象變化；
③依據圖象讀出平衡濃度，結合平衡常數概念計算平衡常數，再加入物質濃度，可以利用濃度商計算和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
（3）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（4）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據蓋斯定律③×2-②-①可知：則汽車尾氣處理的反應之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-393.5kJ•mol^-1）-（-221.0kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5KJ/mol，2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，正反應氣體體積減小，△S＜0，反應能自發(fā)進行，應滿足△H-T•△S＜0，需低溫下進行，
故答案為：-746.5KJ/mol；低溫；
（2）①反應從開始到9min時，圖象分析可知一氧化碳濃度變化為0.04mol/L，二氧化碳生成濃度為0.04mol/L，用CO₂表示該反應的速率=$\frac{0.04}{9}$mol/（L•min）≈0.0044mol/（L•min），
故答案為：0.0044mol/（L•min）；
②圖象分析可知12min后一氧化氮和一氧化碳濃度增大，氮氣濃度減小，說明平衡逆向進行，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，符合圖象變化，
故答案為：升溫；
③依據圖象分析，18min時平衡狀態(tài)下物質的濃度為c（NO）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（N₂）=0.01mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反應的平衡常數依據平衡常數概念計算，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），K=$\frac{C（C{O}_{2}）C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；若保持溫度不變，此時再向容器中充入CO、NO各0.060mol，濃度商計算Qc=$\frac{0.0{2}^{2}×0.07}{0.1{8}^{2}×0.1{4}^{2}}$=0.044＞K，平衡逆向進行，
故答案為：$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；逆向；
（3）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故A錯誤；
B、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖象與實際符合，故B正確；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（4）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應，所以該原電池中負極上氨氣失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律求焓變、化學平衡影響因素，化學反應速率，平衡常數概念計算應用、原電池等知識，注意平衡的條件分析是解題關鍵，題目難度中等．