Question

9．化学与能源问题和环境污染污染问题密切相关．
Ⅰ．（1）汽车尾气中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂气体，其中NO₂能导致酸雨的形成也能导致光化学烟雾的形成；目前采用的是汽车排气装置中安装一个净化器，可以有效的将尾气中的有害气体转化．
（2）已知：CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
则CO（g）把NO₂（g）还原为N₂（g）的热化学方程式为4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol．
Ⅱ．在容积为2L的密闭容器中，进行如下反应：
A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），在不同温度下，D的物质的量n（D）和时间t的关系如图1．

请回答下列问题：
（1）700℃时，0～5min内，以C表示的平均反应速率为0.135mol/（L．min）．
（2）能判断反应达到化学平衡状态的依据是AB．
A．容器中压强不变     B．混合气体中c（A）不变      C．2v_正（B）=v_逆（D）    D．c（A）=c（C）
（3）若最初加入1.2mol A和2.4mol B，利用图中数据计算在800℃时的平衡常数K=2.025，该反应为吸热反应（填“吸热”或“放热”）．
（4）800℃时，某时刻测得体系中物质的量浓度如下：c（A）=0.60mol/L，c （B）=0.50mol/L，c（C）=1.00mol/L，c（D）=0.18mol/L，则此时该反应向正方向移动（填“向正方向进行”、“向逆方向进行”或“处于平衡状态”）．
Ⅲ．  甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图2装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②写出除去甲醇的离子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）二氧化氮是形成酸雨和形成光化学烟雾的主要气体；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到CO（g）把NO₂（g）还原为N₂（g）的热化学方程式；
Ⅱ、（1）先根据v=$\frac{△n}{V×△t}$计算v（D），再根据同一化学反应中，各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算v（B）；
（2）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，以及由此衍生的其它一些物理量不变，可由此进行判断；
（3）先计算平衡时各物质的浓度，再根据K=$\frac{c（C）c（D）}{c（A）{c}^{2}（B）}$计算化学平衡常数；升高温度，平衡向吸热反应方向移动，根据D物质的量的变化确定反应热；
（4）根据浓度商和化学平衡常数的相对大小判断，如果浓度商大于化学平衡常数，则反应向正反应方向移动，如果浓度商小于化学平衡常数，则反应向逆反应方向移动；
Ⅲ、①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答 解：Ⅰ、（1）汽车尾气中主要含有CO、NO₂、SO₂、CO₂气体，其中NO₂能导致酸雨的形成也能导致光化学烟雾的形成，
故答案为：NO₂；
（2）①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
依据盖斯定律计算①×2+②得到CO（g）把NO₂（g）还原为N₂（g）的热化学方程式为：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol，
故答案为：4CO（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4CO₂（g）△H=（-2a-b）KJ/mol；
Ⅱ、（1）v（D）=$\frac{\frac{0.45mol}{2L}}{5min}$=0.045mol/（L．min），反应速率之比等于化学方程式计量数之比，A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），该反应中v（C）=3v（D）=0.135mol/（L．min），
故答案为：0.135mol/（L．min）；
（2）A．该反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应，当反应到达平衡状态时，容器中压强不变，所以能作为判断化学平衡的依据，故A正确；
B．反应到达平衡状态时，混合气体中c（A）不变，说明到达平衡，故B正确；
C．当2v_正（B）=v_逆（D）时，即v_正（B）：v_逆（D）=1：2≠2：1，该反应不处于平衡状态，故C错误；
D．当c（A）=c（C）时，该反应不一定达到平衡状态，与反应物浓度及转化率有关，故D错误；
故答案为：AB；
（3）A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g），反应达到平衡状态时，c（D）=0.6mol/L，c（C）=3c（D）=1.8mol/L，c（A）=$\frac{1.2mol-0.6mol/L}{2L}$=0.3mol/L，c（B）=$\frac{2.4mol-0.6mol×2}{2L}$=0.6mol/L，
K=$\frac{1．{8}^{3}×0.6}{0.3×0．{6}^{2}}$=2.025，
升高温度，D的含量增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应是吸热反应，
故答案为：2.025；吸热；
（4）800℃时，某时刻测得体系中物质的量浓度如下：c（A）=0.60mol/L，c （B）=0.50mol/L，c（C）=1.00mol/L，c（D）=0.18mol/L
Qc=$\frac{{1}^{3}×0.18}{0.6×0．{5}^{2}}$=1.2＜2.05，则平衡向正反应方向移动，
故答案为：向正方向移动；Ⅲ、①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学反应速率的计算、化学平衡常数的应用、电解池原理分析和电极反应书写方法，化学平衡状态的特征及判断、化学平衡图象等知识、题目难度较大，注意认真分析．