Question

8．在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NO_x、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染．
（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
①尾气转化的反应之一：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1．
②已知：N₂、O₂分子中化学键的键能分别是946kJ•mol^-1、497kJ•mol^-1，则NO分子中化学键的键能为631.25kJ•mol^-1．
（2）某研究性学习小组在技术人员的指导下，在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）×（10-4mol•L-1）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
C（CO）×（10-3mol•L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①前3s内的平均反应速率v （N₂）=1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1．
②在该温度下，反应的平衡常数K=5000．（只写出计算结果）
③该可逆反应△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”），在低温（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下能自发进行．
（3）CO分析仪以燃料电池为工作原理，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动．下列说法错误的是B

A．负极的电极反应式为：CO+O^2--2e^-=CO₂
B．工作时电极b作正极，O^2-由电极a流向电极b
C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高．

Answer 1

分析 （1）①按顺序将三个热化学方程式编号为①②③，根据盖斯定律③×2-①-②可得；
②反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；
（2）①依据化学反应速率是利用单位时间物质浓度的变化计算得到；
②依据图表数据结合平衡三段式列式计算平衡浓度，依据平衡常数概念分析计算得到；
③依据反应自发进行的判断依据分析△H-T△S＜0，反应自发进行；
（3）A．负极的电极反应式为：CO+O^2--2e^-═CO₂；
B．该燃料电池的正极反应为：O₂+4e^-=2O^2-，生成的O^2-由b极向a极迁移；
C．a电极是负极，b电极是正极，工作时电子由电极a通过传感器流向电极b；
D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高．

解答 解：（1）①按顺序将三个热化学方程式编号为①②③，根据盖斯定律③×2-自发进行①-②可得2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1．
故答案为：-746.5 kJ•mol^-1；
②N₂、O₂分子中化学键的键能分别是946kJ•mol^-1、497kJ•mol^-1，反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
设NO分子中化学键的键能为x
△H=946kJ•mol^-1++497kJ•mol^-1-2x=+180.5kJ•mol^-1
则NO分子中化学键的键能x=631.25kJ•mol^-1
故答案为：631.25；
（2）①v （N₂）=$\frac{1}{2}$v （NO）=$\frac{1}{2}$×$\frac{{10.0×{{10}^{-4}}-1.5×{{10}^{-4}}}}{3}$=1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1
故答案为：1.42×10^-4mol•L^-1•s^-1；
②反应至4s达平衡，此时
c（N₂）=$\frac{1}{2}$△c（NO）=$\frac{1}{2}$×（10.0×10^-4 mol•L^-1-1.00×10^-4 mol•L^-1）=4.50×10^-4 mol•L^-1
c（CO₂）=△c（NO）=10.0×10^-4 mol•L^-1-1.00×10^-4 mol•L^-1=9.00×10^-4 mol•L^-1
故化学平衡常数为：K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{4.5×1{0}^{-4}mol/L×（9×1{0}^{-4}mol/L）^{2}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000L•mol^-1．
故答案为：5000；
③2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）反应熵变△S＜0，低温反应自发进行
故答案为：＜；低温；
（3）A．负极的电极反应式为：CO+O^2--2e^-═CO₂，故A正确；
B．该燃料电池的正极反应为：O₂+4e^-=2O^2-，生成的O^2-由b极向a极迁移，故B错误；
C．a电极是负极，b电极是正极，工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，故C正确；
D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，故D正确；
故答案为：B．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学方程式和盖斯定律的计算应用，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目涉及化学反应速率，化学平衡常数的计算应用，题目难度中等．