Question

14．汽车尾气中的主要污染物是NO和CO．为减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
（1）已知：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-746.5KJ/mol（条件为使用催化剂）
2C （s）+O₂（g）?2CO（g）△H=-221.0KJ/mol
C （s）+O₂（g）?CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
则N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1．
（2）T℃下，在一容积不变的密闭容器中，通入一定量的NO和CO，用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表

时间/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

则c₁合理的数值为D（填字母标号）．
A．4.20      B．4.00      C．3.50     D．2.50
（3）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．根据下表设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如图所示：

实验 编号	T/°C	NO初始浓 度/10-3mol•L-1	CO初始浓 度/10-3mol•L-1	催化剂的比 表面积/m2•g-1
①	350	1.20	5.80	124
②	280	1.20	5.80	124
③	280	1.20	5.80	82

则曲线I对应的实验编号为③．
（4）将不同物质的量的H₂O（g）和CO（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所 需时间/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实验组①中以v（CO₂）表示的反应速率为0.16mol/（L•min）．
②若a=2，b=1，则c=0.6，达平衡时实验组②中H₂O（g）和实验组③中CO的转化率的关系为：α₂ （H₂O）=α₃ （CO）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（5）CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准，该分析仪的工作原理类似于燃料电池，其中电解质是氧化钇（Y₂O₃）和氧化锆（ZrO₂）晶体，能传导O^2-．
①负极的电极反应式为CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-．

②以上述电池为电源，通过导线连接成图一．若X、Y为石墨，a为2L 0.1mol/L KCl溶液，写出电解总反应的离子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．电解一段时间后，取25mL上述电解后的溶液，滴加0.04mol/L醋酸得到图二曲线（不考虑能量损失和气体溶于水，溶液体积变化忽略不计）．根据图二计算，上述电解过程中消耗一氧化碳的质量为2.8g．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的计算；
（2）由表中数据可知4s时反应到达平衡，1-3s内NO浓度变化量为4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，该2s内平均每秒内变化量为1.5×10^-4 mol/L，随反应进行，反应速率减小，该2s中前1s内NO浓度变化量应大于1.5×10^-4 mol/L，则2s时NO的浓度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s时NO的浓度应介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之间；
（3）由图可知，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相比，平衡没有移动，反应速率Ⅱ比Ⅰ快，故曲线Ⅱ中催化剂比比表面积大于Ⅰ，而其它条件相同；而曲线Ⅲ和曲线Ⅱ相比，反应速率变快且平衡逆向移动，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动；
（4）①列三段表示出实验1各物质浓度的变化情况，然后根据速率公式：v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②实验组②和实验组③温度相同，平衡常数相同，根据三行式进行计算求解；
（5）①CO发生氧化反应与O^2-结合生成CO₃^2-；
②阳极上氯离子失电子，阴极上阳离子得电子．

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
则依据盖斯定律，③×2-②-①得到：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g） 则△H=（-393.5KJ/mol）×2-（-220KJ/mol）-（-746.5KJ/mol）=+180.5KJ/mol，
故答案为：+180.5；
（2）由表中数据可知4s时反应到达平衡，1-3s内NO浓度变化量为4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，该2s内平均每秒内变化量为1.5×10^-4 mol/L，随反应进行，反应速率减小，该2s中前1s内NO浓度变化量应大于1.5×10^-4 mol/L，则2s时NO的浓度小于4.5×10^-4 mol/L-1.5×10^-4 mol/L=3×10^-4 mol/L，故2s时NO的浓度应介于1.5×10^-4 mol/L～3×10^-4 mol/L之间，选项中只有2.5×10^-4 mol/L符合，
故选：D；
（3）由于②、③温度相同，催化剂对平衡移动无影响，化学平衡不移动，达到相同的平衡状态，但②的起始浓度较大，催化剂的比表面积较大，则反应的速率大，所以②先达到化学平衡；由于①、②浓度、催化剂的比面积大相同，而①的温度较高，反应速率较快，先到达平衡，且平衡向逆反应移动，平衡时NO的浓度增大，
所以曲线Ⅰ对应实验③，曲线Ⅱ对应实验②，曲线Ⅲ对应实验①，
故答案为：③；
（4）①H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L     2mol/L      0         0
转化 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），故答案为：0.16mol/（L•min）；
②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始 0.5mol/L     1mol/L      0         0
转化 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
转化 （0.5-$\frac{c}{2}$）mol/L  （0.5-$\frac{c}{2}$）mol/l  $\frac{d}{2}$mol/L   $\frac{d}{2}$mol/L
平衡（0.5+$\frac{c}{2}$）mol/L     $\frac{c}{2}$mol/L     $\frac{d}{2}$mol/L       $\frac{d}{2}$mol/L
所以0.5-$\frac{c}{2}$=$\frac{d}{2}$
则：d=1-c，由平衡常数相等可知：$\frac{\frac{1-c}{2}×\frac{1-c}{2}}{（0.5+\frac{c}{2}）×\frac{c}{2}}=\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$，解之得c=0.6，②中H₂O（g）的转化率为：$\frac{0.2}{0.5}×100%$=40%，实验组③中CO的转化率的$\frac{0.5-\frac{0.6}{2}}{0.5}$=40%，故答案为：0.6；=；
（5）①负极CO发生氧化反应与O^2-结合生成CO₃^2-，负极电极反应式为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，
故答案为：CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-；
②阳极上氯离子失电子，阴极上阳离子得电子，所以电解0.1mol/L KCl溶液，其电解总反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；根据图知，KOH溶液的pH=13，常温下，KOH的浓度是0.1mol/L，则n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根据2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑知，生成0.2mol氢氧根离子转移电子的物质的量=$\frac{0.2mol}{2}$×2=0.2mol，燃料电池的负极反应方程式是CO+2O^2--2e^-=CO₃^2-，消耗1molCO转移电子数=2mol，因此当转移0.2mol电子时消耗CO的物质的量为0.1mol，则CO的质量=0.1mol×28g/mol=2.8g，
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；2.8．

点评 本题考查盖斯定律的应用，化学平衡常数的计算及应用，做题时注意影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，题目难度中等．