Question

4．研究含氮污染物的治理是环保的一项重要工作．合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
则汽车尾气处理的反应之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1，利于
该反应自发进行的条件是低温（选填“高温”或“低温”）．
（2）将0.20mol NO和0.10molCO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反应过程中 部分物质的浓度变化如图1所示：
①反应从开始到9min时，用CO₂表示该反应的速率是0.0044mol/（L•min）（保留2位有效数字）
②第12min时改变的条件是升温（填“升温或降温”）．
③第18min时建立新的平衡，此温度下的平衡常数为$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$（列计算式），第24min时，若保持温度不变，再向容器中充入CO和N₂各0.060mol，平衡将逆向移动（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（3）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图如图2正确且能说明反应在t₁时刻达到平衡状态的是BD（填序号）．

（如图中v_正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量）
（4）以氨为燃料可以设计制造氨燃料电池，产物无污染．若电极材料均为惰性电极，KOH溶液作电解质溶液，则该电池负极电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；当△G=△H-T•△S＜0时，反应能自发进行；
（2）①图象分析可知一氧化碳浓度变化为0.04mol/L，二氧化碳生成浓度为0.04mol/L，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②图象分析判断12min后反应物浓度增大，生成物浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温改变符合图象变化；
③依据图象读出平衡浓度，结合平衡常数概念计算平衡常数，再加入物质浓度，可以利用浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
B、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
D、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（4）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律③×2-②-①可知：则汽车尾气处理的反应之一：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-393.5kJ•mol^-1）-（-221.0kJ•mol^-1）-（180.5kJ•mol^-1）=-746.5KJ/mol，2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，正反应气体体积减小，△S＜0，反应能自发进行，应满足△H-T•△S＜0，需低温下进行，
故答案为：-746.5KJ/mol；低温；
（2）①反应从开始到9min时，图象分析可知一氧化碳浓度变化为0.04mol/L，二氧化碳生成浓度为0.04mol/L，用CO₂表示该反应的速率=$\frac{0.04}{9}$mol/（L•min）≈0.0044mol/（L•min），
故答案为：0.0044mol/（L•min）；
②图象分析可知12min后一氧化氮和一氧化碳浓度增大，氮气浓度减小，说明平衡逆向进行，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，符合图象变化，
故答案为：升温；
③依据图象分析，18min时平衡状态下物质的浓度为c（NO）=0.18mol/L，c（CO）=0.08mol/L，c（N₂）=0.01mol/L，c（CO₂）=0.02mol/L，反应的平衡常数依据平衡常数概念计算，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），K=$\frac{C（C{O}_{2}）C（{N}_{2}）}{{C}^{2}（NO）{C}^{2}（CO）}$=$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，浓度商计算Qc=$\frac{0.0{2}^{2}×0.07}{0.1{8}^{2}×0.1{4}^{2}}$=0.044＞K，平衡逆向进行，
故答案为：$\frac{0.0{2}^{2}×0.01}{0.1{8}^{2}×0.0{8}^{2}}$；逆向；
（3）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故A错误；
B、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故B正确；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故C错误；
D、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故D正确，
故答案为：BD；
（4）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应，所以该原电池中负极上氨气失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素，化学反应速率，平衡常数概念计算应用、原电池等知识，注意平衡的条件分析是解题关键，题目难度中等．