题目内容
6．应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手．I．研究发现，NOx是雾霾的主要成分之一，NOx主要来源于汽车尾气．
已知：N2（g）+O2（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol-1
2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H=-566.00kJ•mol-1
为了减轻大气污染，人们提出在汽车尾气排气管口采用催化剂将NO和CO转化成无污染气体参与大气循环，写出该反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO2（g）+N2（g）△H=-746.50 kJ•mol-1．
II．开发利用清洁能源可减少污染，解决雾霾问题．甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景，一定条件下用CO和H2合成CH3OH：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），在2L密闭容器中充入物质的量之比为1：2的CO和H2，在催化剂作用下充分反应．平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示．
（1）该反应的反应热△H＜0（填“＞”或“＜”），压强的相对大小与P1＞P2（填“＞”或“＜”）．
（2）该反应化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$．
（3）下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是BC．
A．容器内气体压强不再变化
B．v（CO）：v（H2）：v（CH3OH）=1：2：1
C．容器内的密度不再变化
D．容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化
E．容器内各组分的质量分数不再变化
（4）某温度下，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡C（填字母）．
A．向正反应方向移动 B．向逆反应方向移动 C．不移动
作出此判断的依据是在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，说明c（CH3OH）与c（CO）同等倍数减小，又浓度商Qc=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移动．
III．依据燃烧反应原理，合成的甲醇可以设计如图2所示的燃料电池装置．
（1）负极电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
（2）电池工作时，若电流强度为I，1个电子所带电量为q，NA为阿伏伽德罗常数的值，则该装置每分钟消耗甲醇的物质的量为$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$mol（假设化学能全部转化为电能）．
分析 I．已知：N2（g）+O2（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol-1①
2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H=-566.00kJ•mol-1②
根据盖斯定律：②-①计算；
II．（1）由图可知，升高温度，平衡逆向移动，说明该反应的△H＜0，同温度下，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大；
（2）根据平衡常数的表达式为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积；
（3）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（4）某温度下，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，说明c（CH3OH）与c（CO）同等倍数减小结合浓度商Qc与K的关系判断；
III．（1）负极为甲醇失电子发生氧化反应的过程，注意电解质溶液为碱性，据此书写电极反应式；
（2）根据Q=It和N=$\frac{Q}{e}$结合CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O计算．
解答 解：I．已知：N2（g）+O2（g）?2NO（g）△H=+180.50kJ•mol-1①
2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H=-566.00kJ•mol-1②
根据盖斯定律：②-①得到：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO2（g）+N2（g）△H=-746.50 kJ•mol-1；
故答案为：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO2（g）+N2（g）△H=-746.50 kJ•mol-1；
II．（1）由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的△H＜0，300℃时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p1＞p2，故答案为：＜；＞；
（2）因为平衡常数的表达式为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积，所以该反应化学平衡常数表达式为 K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；故答案为：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；
（3）A．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器中压强保持不变说明到达平衡，故A不选；
B．v（CO）：v（H2）：v（CH3OH）=1：2：1，未说明正逆反应方向，不能说明反应到达平衡，故B选；
C．混合气体总质量不变，恒温恒容下，容器内气体密度始终保持不变，不能说明反应到达平衡，故C选；
D．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量减小，平均相对分子质量增大，平均相对分子质量不变说明到达平衡，故D不选；
E．容器内各组分的质量分数不再变化说明到达平衡，故E不选；
故选：BC；
（4）某温度下，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，说明c（CH3OH）与c（CO）同等倍数减小，又浓度商Qc=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移动，
故答案为：C；在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，说明c（CH3OH）与c（CO）同等倍数减小，又浓度商Qc=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=K，所以平衡不移动；
Ⅲ．（1）甲醇燃料碱性电池，所以负极反应为甲醇失电子结合氢氧根生成碳酸根离子，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
（2）根据Q=It=I×60s=60I，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{60I}{q}$个，
由CH3OH～6e-
1mol 6NA个
n $\frac{60I}{q}$个
n=$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$，
故答案为：$\frac{10I}{qN{\;}_{A}}$．
点评 本题考查盖斯定律的应用、化学平衡影响因素、平衡状态判断、化学平衡图象以及燃料电池的原理等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．
阅读快车系列答案
| A． | HF电离：HF（aq）?H+（aq）+F-（aq）△H=+10.4kJ/mol | |
| B． | 水解消耗0.1mol F-时，吸收的热量为6.77kJ | |
| C． | 中和热均为57.3 kJ/mol | |
| D． | 含0.1mol HF、0.1mol NaOH 的两种溶液混合后放出的热量为6.77kJ |
| A． | 蛋白质在酶的作用下水解的最终产物为氨基酸 | |
| B． | 向蛋白质溶液加入（NH4）2SO4浓溶液，会使其变性 | |
| C． | 天然蛋白质仅由碳、氢、氧、氮四种元素组成 | |
| D． | 氨基酸和蛋白质都是只能和碱反应的酸性物质 |
