Question

10．目前人们对环境保护、新能源开发很重视．
（1）汽车尾气中含有CO、NO₂等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体转化为无毒气体．
4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1200kJ•mol^-1
对于该反应，温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，如图1图象正确的是乙（填代号）．

（2）用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如表：

时间/min 浓度/（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根据图表数据分析T₁℃时，该反应在0-20min的平均反应速率v（CO2）=0.015mol•L^-1•min^-1；计算该反应的平衡常数K=0.56．
②30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是bc（填字母代号）．
a．加入一定量的活性炭          b．通入一定量的NO
c．适当缩小容器的体积          d．加入合适的催化剂
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则达到新平衡时NO的转化率降低（填“升高”或“降低”），△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（3）以CO₂与NH₃为原料可合成化肥尿素[化学式为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
写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1．
（4）一种氨燃料电池，使用的电解质溶液是2mol/L的KOH溶液．
电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O；
请写出通入图2中a气体一极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g NH₃转移电子的物质的量为0.6mol．

Answer 1

分析 （1）该反应中焓变小于0，为放热反应，升高温度，正逆反应速率都增大，且反应向着逆向进行，二氧化氮转化率减小、一氧化碳的体积含量减小，据此对各图象进行判断；
（2）①分析图表数据，根据V=$\frac{△c}{△t}$计算得到反应速率，根据k=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$计算；
②依据图表数据分析，结合平衡浓度计算平衡常数和浓度变化分析判断，30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依据图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算，平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比从为5：3：3，氮气和二氧化碳难度之比始终为1：1，所以5：3＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动；
（3）由已知热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式；
（4）由反应可知，负极上氨气失去电子生成氮气，根据电子与氨气的物质的量关系计算．

解答 解：（1）该反应为放热反应，升高温度，正逆反应速率均增大，都应该离开原来的速率点，图象与实际情况不相符，故甲错误；
升高温度，反应向着逆向进行，反应物的转化率减小，反应速率加快，图象与实际反应一致，故乙正确，
压强相同时，升高温度，反应向着逆向移动，一氧化氮的体积分数应该增大，图象与实际不相符，故丙错误，
故答案为：乙；
（2）①0～20min内，CO₂的平均反应速率v（CO₂）=$\frac{0.3mol/L}{20min}$=0.015mol•L^-1•min^-1；
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡浓度c（N₂）=0.3mol/L；c（CO₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.42}$=0.56；
故答案为：0.015mol•L^-1•min^-1；0.56；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依据图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.42}$=0.56，平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固体对平衡无影响，平衡不动，故a错误；
b．通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，故b正确；
c．适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，故c正确；
d．加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，故d错误；
故答案为：bc；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比从为5：3：3，氮气和二氧化碳难度之比始终为1：1，所以5：3＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时NO的转化率，说明逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应；
故答案为：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
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1；
（4）电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极是氨气失电子生成氮气，负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g NH₃即0.2mol，转移电子的物质的量为0.6mol；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；0.6mol．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、原电池原理的应用、影响平衡移动的因素、平衡常数的有关计算等，综合性较强，侧重分析及计算能力的考查，把握化学平衡常数的有关计算以及原电池原理、电极反应为解答的关键，题目难度中等．