Question

10．研究氮的氧化物、硫的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义．
（1）汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物转化为无毒物质．下列说法能说明
恒温恒容条件下的反应；2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1
已达到化学平衡的是D
A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO
B．CO与CO₂的物质的量浓度相等的状态
C．气体密度保持不变的状态           D．气体平均摩尔质量保持不变的状态
（2）NO₂与SO₂混合可发生反应：NO₂（g）+SO₂（g）≒SO₃（g）+NO（g）．将一定量的NO₂与SO₂置于绝热恒容密闭容器中发生上述反应，正反应速率随时间变化的趋势如图1所示．由图（纵轴代表正反应速率）可知下列说法正确的是C（填字母）．
A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．△t₁=△t₂时，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段

（3）CO在实际中有以下应用：用Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气作为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池．完成有关的电极反应式．负极反应式：2CO+2CO₃^2-一4e^-=4CO₂   正极反应式：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．图2是利用甲烷燃料电池电解50mL 2mol•L^-1的氯化铜溶液的装置示意图：请回答：①甲烷燃料电池的负极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O②当A中消耗0.15mol氧气时，B中b极（填”a”或”b”）增重6.4  g．

Answer 1

分析 （1）反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断．
（2）该反应是一个反应前后体积不变的可逆反应，容器的体积恒定、混合气体的物质的量的不变，所以压强对反应速率无影响，但温度和浓度影响其反应速率，结合图象可知反应速率先增大后减小，因为只要开始反应，反应物浓度就要降低，反应速率应该降低，但此时正反应却是升高的，这说明此时温度的影响是主要的，由于容器是绝热的，因此只能是正反应为放热反应，从而导致容器内温度升高反应速率加快；
（3）该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应；
（4）①甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；
②电解池中，阴极上电极反应式为Cu ²⁺+2e^-=Cu，阳极上电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根据串联电路中转移电子相等计算析出铜的质量．

解答 解：（1）恒温恒容条件下的反应；2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1已达到化学平衡的是，
A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO，表示的是反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．CO与CO₂的物质的量浓度相等的状态和起始量和消耗量有关，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体质量和体积不变，气体密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；        
D．反应前后气体质量不变，气体物质的量变化，当气体平均摩尔质量保持不变的状态，是平衡状态，故D正确；
故答案为：D；  
（2）A．化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达平衡，故A错误；
B．a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，故B错误；
C、从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，故C正确；
D、随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO₂的转化率将逐渐增大，故D错误；
故答案为：C；  
（3）该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）①甲烷碱性燃料电池中，负极上电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，正极上电极反应式为 O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②电解池中，阴极上电极反应式为Cu ²⁺+2e^-=Cu，阳极上电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，连接原电池负极的是阴极，所以B中析出金属的是b电极，当A中消耗0.15mol氧气时，转移电子的物质的量=0.15mol×4=0.6mol，n（Cu ²⁺ ）=2mol/L×0.05L=0.1mol，铜离子完全析出需要0.2mol电子，串联电路中转移电子相等，b电极上析出铜和氢气，所以析出铜的质量=0.1mol×64g/mol=6.4g，
故答案为：b；6.4．

点评 本题考查较综合，涉及原电池和电解池原理、弱电解质电离、盖斯定律等知识点，明确弱电解质的电离常数与酸根离子水解程度之间的关系、盖斯定律、原电池和电解池原理即可解答，阴极上不仅铜离子放电氢离子也放电，不能单纯根据转移电子相等计算析出铜的质量，为易错点，题目难度中等．