Question

面对全球近期的气候异常，环境问题再次成为焦点．怎样消除现有大气污染，开发利用新能源，是目前化学研究的一个重要方向．
（1）汽车尾气治理的方法之一是在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”．
已知反应2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-113kJ/mol
①实验发现该反应在100℃～400℃的温度范围内，温度每升高10℃，反应速率却约为原来的3倍，在400℃～450℃时，温度每升高10℃，反应速率却约为原来的10倍，而温度高于450℃时，温度每升高10℃，反应速率又约为原来的3倍．若其他反应条件不变，试分析造成这种现象的可能原因是

 

．
②为了模拟催化转化器的工作原理，在T℃时，将2mol NO与1mol CO充入1L反应容器中，反应过程中NO（g）、CO（g）、N₂（g）的物质的量浓度变化如右图所示，则反应进行到15min时，NO的平均反应速率为

 

．
③写出该反应的化学平衡常数表达式K=

 

；
当25min达到平衡后，若保持体系温度、容积不变，再向容器中充入NO、N₂气体各1mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”），此时K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）将固态能源转化为气态、液体能源是能源研究的重点之一．
已知：C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/molⅠ
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/molⅡ
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/molⅢ
试写出由C与水蒸气在高温条件下反应生成氢气和一氧化碳的热化学方程式：

 

．
（3）燃料电池的研究和发展也是目前的研究重点．如用氢氧化钾溶液作电解质溶液，用多孔石墨作电极，在电极上分别充入乙烷和氧气．写出负极的电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：化学反应速率的影响因素,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）①根据催化剂的活性受温度影响；
②根据V=

△n V

△t

来计算；
③化学平衡常数等于平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；先根据三段法求出各自的浓度，然后求出平衡常数和浓度熵，最后根据平衡常数的大小与浓度熵的大小来确定平衡移动方向；平衡常数是温度的函数，温度不变平衡常数不变；
（2）根据盖斯定律进行解答；
（3）根据原电池中负极失电子，发生氧化反应；正极上得到电子，发生还原反应；分析电极反应，根据电子守恒结合总反应和正极反应计算得到负极电极反应．

解答： 解：①因催化剂的活性受温度影响，由信息可知催化剂在400℃～450℃活性最大，故答案为：催化剂在400℃～450℃活性最大；  
②由图象可知在15min内NO的物质的量变化0.4mol，则NO的平均反应速率为=

0.4 1

15

mol?L^-1?min^-1₌0.027 mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.027 mol?L^-1?min^-1；
③化学平衡常数等于平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，所以K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(NO)?c2(CO)

，由平衡常数表达式可知一氧化氮的系数是2次方，所以再向容器中充入NO、N₂气体各1mol，分母增加的幅度大，导致Q_C减小，所以平衡逆向移动，即向左移动，而温度不变，所以K值不变，
故答案为：

c(N2)?c2(CO2)

c2(NO)?c2(CO)

；向左；不变；
（2）C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；A
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/mol；B
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol；C
将ABC三式作如下变换，A-

1

2

C-

1

2

B可得：C_（S）+H₂O_（g）

高温  .

CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol，故答案为：C_（S）+H₂O_（g）

高温  .

CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol；
（3）①2 C₂H₆+7 O₂→4 CO₂+6 H₂O，设计原电池，根据化合价变化分析判断，乙烷失电子发生氧化反应，所以通入乙烷气体的电极应为负极，正极电极反应为：②O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；①-②×7得到负极电极反应为：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；
故答案为：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、燃料电池电极反应式的书写、化学反应速率和化学平衡移动的相关知识，题目难度中等，明确电解池工作原理是解题关键．