Question

3．活性炭可处理大气污染物NO．T℃时，在1L密闭容器中加入NO气体和炭粉，发生反应生成两种气体A和B，测得各物质的物质的量如下：

	活性炭/mol	NO/mol	A/mol	B/mol
起始状态	2.030	0.100	0	0
2min时	2.000	0.040	0.030	0.030

（1）2min内，用NO表示该反应的平均速率v（NO）=0.03mol•L^-1•min^-1．
（2）该反应的化学方程式是C+2NO?N₂+CO₂．
（3）一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是②④．
①v（NO）：v（A）：v（B）=2：1：1          
②混合气体的密度不再改变
③总压强不再改变                               
④混合气体的平均相对分子质量不再改变
（4）碳元素可形成数量众多，分布极广的有机化合物，其中甲醇是常见的燃料，甲醇燃料电池的结构示意图如下，一极通入甲醇，另外一极通入氧气；电解质溶液是稀硫酸，电池工作时总反应式：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．
①a处通入的物质是CH₃OH，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②b处电极反应式为3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O；
③电池工作时H⁺由负极移向正极（填正、负极）．

Answer 1

分析 （1）根据反应速率表达式v=$\frac{△c}{△t}$及表中数据计算出2分钟内，用NO表示该反应的平均速率v（NO）；
（2）根据表中数据可知，C、NO、A、B化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，据此书写化学方程式；
（3）当达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不发生变化，以此进行判断；
（4）氢离子移动方向可知通入a的电极为负极，通入的气体为甲醇，甲醇失电子生成二氧化碳，结合电荷守恒和原子守恒写出电极反应，通入b的电极为正极，通入的是氧气得到电子在酸性溶液中生成水；

解答 解：（1）2min时一氧化氮物质的量变化为：0.100mol-0.040mol=0.060mol，2分钟内，用NO表示该反应的平均速率v（NO）=$\frac{\frac{0.060mol}{1L}}{2min}$=0.03mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.03；
（2）由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，故反应方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案为：C+2NO?N₂+CO₂；
（3）C+2NO?N₂+CO₂，
①速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，v（NO）：v（A）：v（B）=2：1：1，不能说明 正逆反应速率相同，不能证明反应达到平衡状态，故①错误；
②气体质量反应前后发生变化，体积不变，混合气体的密度不变，能说明反应达到平衡状态，故②正确；
③反应前后气体物质的量不变化，当总压强不再改变，不能说明反应达到平衡状态，故③错误；                            
④反应前后气体质量变化，气体物质的量不变，当反应混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到平衡状态，故④正确；
故答案为：②④；
（4）氢离子移动方向可知通入a的电极为负极，通入的气体为甲醇，甲醇失电子生成二氧化碳，结合电荷守恒和原子守恒写出电极反应，通入b的电极为正极，通入的是氧气得到电子在酸性溶液中生成水，
①a电极通入的是甲醇，负极发生的电极反应为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②b处通入的氧气是在正极得到电子酸性溶液中生成水，电极反应为：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O，
故答案为：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O；
故答案为：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O；
③原电池中阳离子从负极移向正极，故答案为：负；正；

点评 本题考查了化学反应速率概念的理解和计算、平衡标志、原电池原理和电极反应书写，掌握基础是解题关键，题目难度中等．