Question

2013年霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．

（1）CO₂是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO₂是解決溫室效應(yīng)的有效途徑．目前，由CO₂來(lái)合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式

 

．
②判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
A．容器中密度不變         
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3      
D．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
（2）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO （g） 

催化劑

2CO₂ （g）+N₂ （g）
在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線，如圖1所示．據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的△H

 

0（選填“＞”、“＜”）．
②當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖中畫出c（CO₂）在T₂、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
（3）已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ?mol^-1．
①經(jīng)測(cè)定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：

溫度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某時(shí)刻、250℃測(cè)得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol?L^-1、c（H₂）=0.4mol?L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol?L^-1，則此時(shí)v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，在體積固定的2L的密閉容器中將1mol CO和2mol H₂混合，測(cè)得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如下：

時(shí)間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（4）氨有著廣泛的用途，如可用于化肥、硝酸、合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)．用0.10mol?L^-1鹽酸分別滴定20.00mL0.10mol?L^-1的NaOH溶液和20.00mL0.10mol?L^-1氨水所得的滴定曲線（圖2）如下：請(qǐng)指出鹽酸滴定氨水的曲線為

 

（填A(yù)、B），請(qǐng)寫出曲線a點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溶液中各離子濃度由大到小的排列順序

 

．
（5）液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來(lái)越被研究人員重視．它在安全性、價(jià)格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢(shì)．氨在燃燒實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中相關(guān)的反應(yīng)有：
4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃③
請(qǐng)寫出上述三個(gè)反應(yīng)中△H₁、△H₂、△H₃三者之間關(guān)系的表達(dá)式，△H₁=

 

．
（6）美國(guó)Simons等科學(xué)家發(fā)明了使NH₃直接用于燃料電池的方法，其裝置為用鉑作為電極，加入電解質(zhì)溶液中，其電池反應(yīng)為 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
寫出該燃料電池的正極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,中和滴定

專題：

分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)等于各產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積和各反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積之比，據(jù)此書寫；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正逆反應(yīng)速率相等以及化學(xué)平衡的特征來(lái)回答；
（2）①根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時(shí)二氧化碳的濃度判斷溫度對(duì)平衡的影響；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
（3）①依據(jù)計(jì)算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
②溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)后氣體體積的物質(zhì)的量，從而計(jì)算氫氣反應(yīng)的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%；
（4）0.10mol?L^-1的NaOH溶液的pH=13，由圖象可知，A為鹽酸滴定氫氧化鈉的曲線，則B為鹽酸滴定氨水的曲線，曲線a點(diǎn)溶液為氯化銨和氨水的混合溶液，溶液顯堿性，
c（OH^-）＞c（H⁺），再由電荷守恒來(lái)分析離子濃度的關(guān)系；
（5）利用已知的反應(yīng)及蓋斯定律來(lái)分析三個(gè)反應(yīng)中△H₁、△H₂、△H₃三者之間關(guān)系；
（6）在保證電子守恒的前提下，利用總反應(yīng)減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）①反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的K=

c(CH3OCH3)?c3(H2O)

c2(CO2)?c6(H2)

，故答案為：K=

c(CH3OCH3)?c3(H2O)

c2(CO2)?c6(H2)

；
②A．反應(yīng)質(zhì)量前后守恒，始終不變，體積不變，所以容器中密度始終不變，當(dāng)密度不變了，不一定是平衡，故A錯(cuò)誤；     
B．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚，證明正逆反應(yīng)速率相等，故B正確；
C．v（CO₂）：v（H₂）=1：3不能說明正逆反應(yīng)速率相等，故C錯(cuò)誤；      
D．反應(yīng)是前后體積變化的反應(yīng)，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故D正確．
故選：BD；
（2）①由圖1可知，溫度T₁先到達(dá)平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長(zhǎng)，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（3）①250℃測(cè)得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物的濃度為c（CO）=0.4mol?L^-1、c（H₂）=0.4mol?L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol?L^-1，濃度商Q=

0.8

0.4×0．42

=12.5＞K=2.041，說明反應(yīng)逆向進(jìn)行v_正＜v_逆；
故答案為：＜；
②溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，15min，壓強(qiáng)比（P_后/P_前）=0.80，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.4mol=0.6mol，平衡狀態(tài)壓強(qiáng)比（P_后/P_前）=0.70，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.70=2.10mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.1mol=0.9mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與氫氣之間的關(guān)系式知參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量

0.9mol

2

=0.45mol，則CO的轉(zhuǎn)化率=

0.45mol

1mol

×100%=45%，
故答案為：45%；
（4）由0.10mol?L^-1的NaOH溶液的pH=13，由圖象可知，A為鹽酸滴定氫氧化鈉的曲線，則B為鹽酸滴定氨水的曲線，在曲線a點(diǎn)pH＞7可知，溶液顯堿性，c（OH^-）＞c（H⁺），再根據(jù)電荷守恒可知，c（Cl^-）+c（OH^-）=c（NH₄⁺）+c（H⁺），則c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），電離產(chǎn)生氫氧根離子，則c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：B；c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；  
（5）由反應(yīng)4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H₁ ①
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₂ ②
4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₃③
則反應(yīng)

②×3+③×2

5

可得到反應(yīng)①，則△H₁=

3△H2+2△H3

5

，故答案為：

3△H2+2△H3

5

；
（6）由總反應(yīng)4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，負(fù)極反應(yīng)為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，由電子守恒，則總反應(yīng)除以2減去負(fù)極反應(yīng)即可得正極反應(yīng)式，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、平衡常數(shù)計(jì)算等，題目綜合性較大，較難，是對(duì)知識(shí)的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．