Question

(15分)碳和氮的化合物與人類生產、生活密切相關。
（1）在一恒溫、恒容密閉容器中發生反應： Ni(s)+4CO(g)  Ni(CO)₄(g)，H<0。利用該反應可以將粗鎳轉化為純度達99．9％的高純鎳。對該反應的說法正確的是           
(填字母編號)。

A．增加Ni的量可提高CO的轉化率，Ni的轉化率降低

B．縮小容器容積，平衡右移，H減小

C．反應達到平衡后，充入CO再次達到平衡時，CO的體積分數降低

D．當4vNi(CO)4=v(CO)時或容器中混合氣體密度不變時，都可說明反應已達化學平衡狀態

（2）CO與鎳反應會造成鎳催化劑中毒。為防止鎳催化劑中毒，工業上常用SO₂將CO氧化，二氧化硫轉化為單質硫。
已知：C(s)+O₂(g)==CO(g)  H= -Q₁ kJ·mol^-1
C(s)+ O₂(g)==CO₂(g)   H= -Q₂ kJ·mol^-1
S(s)+O₂(g)==SO₂(g)    H= -Q₃ KJ·mol^-1
則SO₂(g)+2CO(g)==S(s)+2CO₂(g)  H=         kJ·mol^-1。
（3）金屬氧化物可被一氧化碳還原生成金屬單質和二氧化碳。圖（1）是四種金屬氧化物（Cr₂O₃、SnO₂、PbO₂、Cu₂O)被一氧化碳還原時與溫度（t）的關系曲線圖。
700^oC時，其中最難被還原的金屬氧化物是         (填化學式)，用一氧化碳還原該金屬氧化物時，若反應方程式系數為最簡整數比，該反應的平衡常數(K)數值等于             。

（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理如上圖（2）所示。該電池在使用過程中石墨I電極上生成氧化物Y，其電極反應式為              。
若該燃料電池使用一段時間后，共收集到20mol Y，則理論上需要消耗標準狀況下氧氣的體積為       L。

Answer 1

（15分）
（1）C （3分）
（2）－(2Q₂－2Q₁－Q₃) kJ·mol^－1或（2Q₁－2Q₂＋Q₃）kJ·mol^－1  （3分）
（3）Cr₂O₃   （3分）  10^－12 （2分）
（4）NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅ （2分）  224（2分）

試題分析：（1）A、Ni是固體，濃度為常數，改變用量對平衡無影響，反應物的轉化率不變，錯誤；B、一定溫度下給定的化學方程式的△H不會隨著平衡移動而改變，只與方程式的書寫方式有關，錯誤；C、因外界條件為恒溫恒容、Ni是固體且正反應為氣體體積縮小的反應，所以反應達到平衡后充入CO，相當于在恒溫恒壓條件下達平衡后又加壓，平衡右移，CO的轉化率提高，平衡后其體積分數降低，正確；D、速率關系未說明正、逆，不能判斷是否已達平衡，錯誤。
（2）已知的三個反應分別用①②③表示，運用蓋斯定律可得，SO₂（g）+2CO（g）═S（s）+2CO₂（g）可由—①×2+②×2-③得到，則△H=-（2Q₂-2Q₁-Q₃） kJ?mol^-1或（2Q₁-2Q₂+Q₃）kJ?mol^-1
（3）700℃時，越大則K越小，說明反應進行的程度小，金屬氧化物越難被還原，根據圖像，Cr₂O₃對應的最大，所以Cr₂O₃最難被還原；此時Cr₂O₃對應的=4，得c(CO₂)/c(CO)=10^-4，結合Cr₂O₃與CO反應的化學方程式Cr₂O₃+3CO2Cr+3CO₂，可得K="[" c(CO₂)/c(CO)]³=10^-12。
（4）石墨I電極上通入NO₂，為負極，發生的電極反應為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；根據電池總反應4NO₂+O₂=2N₂O₅，收集到20molN₂O₅需消耗O₂為10mol，標準狀況下體積為224L。