题目内容

(14分)汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户,汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体,其污染问题也成为当今社会急需解决的问题。

(1)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如图:

则该反应的热化学方程式为_____________________________。

(2)对汽车加装尾气净化装置,可使CO、NOx有毒气体相互反应转化为无毒气体。

2xCO+2NOx == 2xCO2+N2,当转移电子物质的量为0.4x mol时,该反应生成标准状况下的N2体积_____________________L。

(3)一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。可以还原金属氧化物,还可以用来合成很多有机物如甲醇等。在压强为0.1 MPa条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下反应生成甲醇: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g);△H= -b kJmol-1

①该反应的平衡常数表达式为_____________________________。

②若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______________

A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离

C.充入He,使体系总压强增大 D.再充入1 mol CO和3 mol H2

③经测定不同温度下该反应的平衡常数如下:

温度(℃)

250

300

350

K

2.041

0.270

0.012

若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO) =0.4 mol/L、c(H2)=0.4 mol/L、c(CH3OH)=0.8 mol·L-1, 则此时v正___________v逆(填>、<或=)。

(4)甲醇是重要的基础化工原料,又是一种新型的燃料,最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极加入甲醇,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子。该电池的正极反应式为_____________________________。电池工作时,固体电解质里的O2-向_______极移动。

(每空2分 共14分)

(1)N2(g)+O2(g)=2NO(g);△H=+183 kJ/moL (2)2.24L

(3)①K=

②BD ③ <

(4)O2+4e-=2O2- 负

【解析】

试题分析:(1)根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,所以氮气与氧气反应的反应热△H=(945+498)kJ/mol-2×630kJ/mol=+183kJ/mol,所以该反应的热化学方程式为N2(g)+O2(g)=2NO(g);△H=+183 kJ/moL;

(2)根据2xCO+2NOx == 2xCO2+N2,每生成1mol氮气,则转移电子的物质的量是4xmol,所以转移0.4xmol电子时,生成0.1mol氮气,标准状况下的体积是2.24L;

(3)①根据平衡常数的定义,该反应的平衡常数K=

②A、升高温度,平衡逆向移动,甲醇的产率降低,错误;B、将CH3OH(g)从体系中分离,则生成物的浓度减小,平衡正向移动,甲醇的产率增大,正确;C、充入He,使体系总压强增大,但各物质的浓度不变,所以平衡不移动,甲醇的产率不变,错误;D、再充入1 mol CO和3 mol H2,则反应物浓度增大,平衡正向移动,甲醇的产率增大,正确,答案选BD;

③250℃时,Qc==0.8/0.43=12.5>2.041,则反应逆向进行,所以V正<V逆;

(4)甲醇燃料电池中,甲醇在负极发生氧化反应,氧气在正极发生还原反应,因为电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子,所以正极反应式是O2+4e-=2O2-,在原电池中阴离子向负极移动,所以O2-向负极移动。

考点:考查热化学方程式的书写,化学平衡移动的判断,平衡常数的应用

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