Question

【題目】碳和氮是動植物體中的重要組成元素，向大氣中過度排放二氧化碳會造成溫室效應，氮氧化物會產生光化學煙霧，目前，這些有毒有害氣體的處理成為科學研究的重要內容。

（1）已知熱化學方程式：①2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1

②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2

③H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)　ΔH3

則反應④2C(s)＋H2(g)===C2H2(g)的ΔH=_________。(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的關系式表示)

（2）利用上述反應①設計燃料電池（電解質溶液為氫氧化鉀溶液），寫出電池的負極反應式：__________________________________________ 。

（3）用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發生反應C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH<0。在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

時間/min 濃度/(mol·L－1) 物質	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20 min內，NO的平均反應速率v(NO)＝______，T1℃時，該反應的平衡常數K＝________。

②30 min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是________(填字母編號)。

a．通入一定量的NO b．加入一定量的C c．適當升高反應體系的溫度

d．加入合適的催化劑 e．適當縮小容器的體積

③若保持與上述反應前30 min的反應條件相同，起始時NO的濃度為2.50 mol·L－1，則反應達平衡時c(NO)＝________，NO的轉化率＝________。

Answer 1

【答案】2ΔH2＋ΔH3－1/2ΔH1 C2H2－10e－＋14OH－==2CO32-＋8H2O 0.018 mol·L－1·min－1 0.25 ae 1.25 mol·L－1 50%

【解析】

根據蓋斯定律計算反應熱；根據燃料電池的總反應和燃燒反應產物相似的特征分析書寫電極方程式；根據平衡常數計算相關物質的濃度。

(1)根據蓋斯定律，反應不論是一步完成的還是幾步完成的，其反應熱的總值相等，將反應②擴大兩倍再加上反應③，再減去1/2反應①就可以得到反應④，所以反應④的反應熱為：2ΔH2＋ΔH3－1/2ΔH1；

(2)燃料電池的電解質為氫氧化鉀，則產物為碳酸根，負極失電子，發生氧化反應，結合燃燒的總反應方程式得：C2H2－10e－＋14OH－==2CO32-＋8H2O；

(3)由表中數據知①10min～20min內，NO濃度的變化為0.68 mol·L－1到0.50 mol·L－1

v(NO)=( 0.68 mol·L－1-0.50 mol·L－1)/10min=0.018 mol·L－1·min－1；

20min后達到化學平衡狀態，由于C為固體，化學平衡常數表達式為=(0.25×0.25)/0.5×0.5=0.25；

②30 min后，從表中可以看出濃度都增大了，a．通入一定量的NO，平衡向正方向移動，符合題意； b．加入一定量的C，因為C為固態，故對平衡不影響，不符合題意；c．適當升高反應體系的溫度，反應ΔH<0，平衡向逆方向移動，不符合題意；d．加入合適的催化劑，平衡不移動，不符合題意；e．適當縮小容器的體積，反應前后氣體總物質的量相同，平衡不移動，但濃度會增大，符合題意，故答案為：ae；

③ 平衡常數只與溫度有關，則K=0.25，設c(NO)=x

C(s)＋2NO(g) N2(g) ＋ CO2(g)

始（mol·L－1） 2.50 0 0

變（mol·L－1） 2.5-x (2.5-x)/2 (2.5-x)/2

平（mol·L－1） x (2.5-x)/2 (2.5-x)/2

K==[(2.5-x)/2]2/x2=0.25，x=1.25 mol·L－1；轉化率為：×100%=50%。