Question

7．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）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2.24L．
（2）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0.1MPa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）
①该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
②取一定体积CO和H₂的混合气体（物质的量之比为1：2），加入恒容密闭容器中发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的△H＜0 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．
④若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是BD
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1mol CO和3mol H₂
⑤经测定不同温度下该反应的平衡常数如表：

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）=0.4mol/L、c（H₂）=0.4mol/L、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，则此时v正＜v逆（填＞、＜或=）．
（3）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O^2-离子．该电池的正极反应式为O₂+4e^-=2O^2-．电池工作时，固体电解质里的O^2-向负极移动．

Answer 1

分析 （1）依据化学方程式中元素化合价变化计算电子转移总数，每生成1molN₂电子转移4xmol电子计算；
（2）①依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数表达式；
②根据温度对平衡移动的影响判断反应热的符号；
③曲线Ⅱ到达平衡所用时间较短，则该条件下温度高，升高温度平衡逆移；
④增加甲醇产率需要平衡正向进行，依据平衡移动原理结合反应特征是气体体积减小的放热反应分析选项判断；
⑤依据计算的浓度商和该温度下的平衡常数比较分析判断反应进行方向；
（3）根据原电池工作原理写出该电池正极反应式；根据电流方向及O^2-离子所带电荷判断O^2-移动方向．

解答 解：（1）反应2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂中，NO_x中N的化合价为+2x，生成1molN₂电子转移为：2（2x-0）=4xmol电子，当转移电子物质的量为0.4xmol时，反应生成氮气0.1mol，标准状况下气体体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
故答案为：2.24；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应的平衡常数为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②根据图象可知达到平衡后，温度越高，甲醇的体积分数φ（CH₃OH）越小，说明升高温度平衡逆移，则正反应方向为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；
③根据图象可知曲线Ⅱ到达平衡所用时间较短，则该条件下温度高，升高温度平衡逆移，平衡常数减小，则曲线Ⅱ条件下平衡常数较小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案为：＞；
④A．升高温度，平衡逆向进行，甲醇产率减小，故A错误；                       
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向进行，甲醇产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，分压不变，平衡不动，故C错误；     
D．再充入1mol CO和3mol H₂，反应物浓度增大，平衡正向进行，甲醇产率增大，故D正确；
故答案为：BD；
⑤250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为：c（CO）=0.4mol•L^-1、c（H₂）=0.4mol•L^-1、c（CH₃OH）=0.8mol•L^-1，
浓度商Q=$\frac{0.8}{0.4×0．{4}^{2}}$=12.5＞K=2.041，说明反应逆向进行，即v_正＜v_逆，
故答案为：＜；
（3）燃料电池中正极得到电子发生还原反应，该甲醇燃料电池中正极空气中的氧气得到电子生成氧离子，发生的电极反应为：O₂+4e^-=2O^2-；
电解质中，电流由负极流向正极，氧离子带有负电荷，与电流方向相反，则从正极流向负极，
故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；负．

点评 本题综合性考查了盖斯定律的应用、平衡常数的表达式及影响因素的判断、电极方程式的书写等，侧重于对基础知识的综合应用的考查，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和解决问题的能力．