Question

【題目】汽車作為一種現代交通工具正在進入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NOx等有毒氣體，其污染問題也成為當今社會急需解決的問題。

（1）汽車發動機工作時會引發N2和O2反應，其能量變化示意圖如圖：

則該反應的熱化學方程式為_____________________________。

（2）對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NOx有毒氣體相互反應轉化為無毒氣體。

2xCO＋2NOx ="=" 2xCO2＋N2，當轉移電子物質的量為0.4x mol時，該反應生成標準狀況下的N2體積_____________________L。

（3）一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料。可以還原金屬氧化物，還可以用來合成很多有機物如甲醇等。在壓強為0.1 MPa條件下，將a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下反應生成甲醇： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；△H＝ -b kJmol-1

①該反應的平衡常數表達式為_____________________________。

②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是______________

A．升高溫度	B．將CH3OH(g)從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大	D．再充入1 mol CO和3 mol H2

③經測定不同溫度下該反應的平衡常數如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時刻、250℃測得該反應的反應物與生成物的濃度為c(CO) ＝0.4 mol/L、c(H2)＝0.4 mol/L、c(CH3OH)＝0.8 mol·L-1, 則此時v正___________v逆(填＞、＜或＝)。

（4）甲醇是重要的基礎化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極加入甲醇，電池的電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-離子。該電池的正極反應式為_____________________________。電池工作時，固體電解質里的O2-向_______極移動。

Answer 1

【答案】N2(g)+O2(g)=2NO(g)；△H=+183 kJ/moL 2.24L K＝ BD ＜ O2+4e-＝2O2- 負

【解析】

（1）根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能；

（2）依據化學方程式中元素化合價變化計算電子轉移總數，每生成1molN2電子轉移4xmol電子計算；

（3）①依據化學方程式和平衡常數概念書寫平衡常數表達式；

②增加甲醇產率需要平衡正向進行，依據平衡移動原理結合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；

③依據計算的濃度商和該溫度下的平衡常數比較分析判斷反應進行方向；

（4）根據原電池工作原理寫出該電池正極反應式；根據電流方向及O2-離子所帶電荷判斷O2-移動方向。

（1）根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以氮氣與氧氣反應的反應熱△H=（945+498）kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol，所以該反應的熱化學方程式為N2(g)+O2(g)=2NO(g)；△H=+183kJ/moL；

（2）根據2xCO＋2NOx=2xCO2＋N2，每生成1mol氮氣，則轉移電子的物質的量是4xmol，所以轉移0.4xmol電子時，生成0.1mol氮氣，標準狀況下的體積是2.24L；

（3）①根據平衡常數的定義，該反應的平衡常數K=；

②A、升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的產率降低，錯誤；

B、將CH3OH(g)從體系中分離，則生成物的濃度減小，平衡正向移動，甲醇的產率增大，正確；

C、充入He，使體系總壓強增大，但各物質的濃度不變，所以平衡不移動，甲醇的產率不變，錯誤；

D、再充入1 mol CO和3 mol H2，則反應物濃度增大，平衡正向移動，甲醇的產率增大，正確；

答案選BD；

③250℃時，Qc==0.8/0.43=12.5>2.041，則反應逆向進行，所以V正<V逆；

（4）甲醇燃料電池中，甲醇在負極發生氧化反應，氧氣在正極發生還原反應，因為電池的電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-離子，所以正極反應式是O2+4e-=2O2-，在原電池中陰離子向負極移動，所以O2-向負極移動。