Question

（1）汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物（NO和CO）转化为无毒的大气循环物质。已知：

①N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol^－1

②2C(s)＋O₂(g)=2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol^－1

③C(s)＋O₂(g)=CO₂(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1

则该反应的热化学方程式为：________________。

（2）NO₂与SO₂混合可发生反应：NO₂+SO₂SO₃+NO。

I.在100℃1molNO₂与1molSO₂的混合气体置于绝热恒容密闭容器中发生上述反应，

①正反应速率随时间变化的趋势如图所示，则下列说法正确的是___________(填字母)。

A．反应在c点达到平衡状态

B．反应物浓度：a点小于b点

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．△t₁=△t₂时，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段

E.当反应达到平衡时，继续充入1molNO₂，则NO的体积分数变小

②判断此反应达到平衡的标志是_______

A  体系的压强不再发生变化

B  混合气体的密度不变

C  混合气体的平均相对分子质量不变

D  各组分的物质的量浓度不再改变

E  体系的温度不再发生变化

F  v(NO₂)_正=v(NO)_逆

II.在常温时，维持体系总压强P恒定，体积为V升的1molNO₂与1molSO₂的混合气体于密闭容器发生上述反应，已知NO₂的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K=_____________(用α，V等符号表示)。

（3）熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试回答下列问题：

①该燃料电池正极电极反应式为:______________。

②25℃时，某学生想用该燃料电池电解一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有amol电子转移时，溶液中析出mgNa₂SO₄·10H₂O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为__________，消耗掉的丁烷在标准状况下的体积为______________。

Answer

（1） 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol（2分）；

（2）I.①C、E（2分）；②A、D、E、F（2分）；

II.（2分）；（3）①O2+CO2+2e-=CO32-（2分）；②，0.86a（各2分）。

【解析】

试题分析：（1）①×2-②-①，整理可得2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5kJ/mol；（2）I.①根据图示可知该反应是放热反应，随着反应的进行，反应放出的热量使体系的温度升高，反应速率加快，在c点反应速率最高，是因为温度高时速率加快，c点后速率降低，说明是浓度对反应速率的影响是主要因素，但是不能说该点一定处于平衡状态，错误；B．根据题意可知该反应是从正反应方向开始，所以反应物浓度：a点大于b点，错误；C．由于该反应是放热反应，因此反应物的总能量高于生成物的总能量，正确；D．△t1=△t2时，由于温度对化学反应速率的影响大于浓度改变对化学反应速率的影响，所以SO2的消耗量：a～b段小于b～c段，错误；E.当反应达到平衡时，继续充入1molNO2，增大反应物的浓度，平衡正向移动，反应产生NO，但是平衡移动的趋势是微弱的，因此反应产生的NO的物质的量也较小，因此会导致NO的体积分数变小，正确；② A．该反应是反应前后气体体积不变的置于绝热恒容密闭容器中的反应，若反应达到平衡状态，则反应放出的热量不再变化，则体系的压强就不再发生变，故可以据此判断反应处于平衡状态，正确；B．由于反应混合物都是气体，容器的容积不变，因此在任何时刻混合气体的密度都不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，错误；C．由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，气体的质量不变，因此混合气体的平均相对分子质量一直不变，故不能据此判断反应是否处于平衡状态，错误；D．当反应达到平衡状态时，各种成分的物质的量不变，由于容器的容积不变，则各组分的物质的量浓度不再改变，故可以据此判断反应处于平衡状态，正确；E.若反应处于平衡状态，则反应放出的热量就不再变化，体系的温度也不再发生变化，故可以判断反应处于平衡状态，正确；F.由于在任何时刻v(NO2)正= v(NO)正，若v(NO2)正=v(NO)逆，则v(NO)正=v(NO)逆，反应处于平衡状态，正确；II.在常温时，维持体系总压强P恒定，体积为V升的1molNO2与1molSO2的混合气体于密闭容器发生上述反应，已知NO2的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数；（3）①在碳酸盐熔融盐燃料电池中，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，在正极上氧气获得电子，发生还原反应产生CO32-，正极电极反应式为O2+CO2+2e-=CO32-；②在整个闭合回路中，电子转移数目相等。用该电池电解饱和硫酸钠溶液，实质上是电解水，当电路中有amol电子转移时，溶液中析出mgNa2SO4·10H2O晶体,解水的物质的量是n(H2O)= amol÷2=a/2mol，电解水的质量是m(H2O)=a/2mol×18g/mol=9ag，9ag水溶解mgNa2SO4·10H2O晶体，恰好形成该温度下的饱和溶液，在剩余溶液中溶质的质量分数为该温度下饱和溶液的质量分数；在该燃料电池中负极电极反应式是：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O，可见每有26mol电子转移，会反应消耗1mol丁烷，则转移amol电子，反应消耗丁烷的物质的量是n(C4H10)=a/26mol，则其再标准状况下的体积是V(C4H10)=a/26mol×22.4L/mol=0.86a。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断、反应状态的特征、原电池和电解池反应原理的应用的知识。

【名师点睛】化学反应过程中放出或吸收的热量，与反应途径无关，与物质反应的多少及物质的存在状态有关，可以将热化学方程式进行叠加，得到新的反应方程式，不仅可以计算不容易测定的反应的反应热，也可以测定不能直接反应的反应热，使用起来非常方便。可逆反应达到平衡状态时，任何物质的浓度不变、物质的量不变、任何物质表示的反应正反应速率和逆反应速率不变，可以用化学平衡常数表达反应进行的程度，化学平衡常数是当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比。原电池是把化学能转化为电能的装置，活动性强的电极为负极，活动性弱的电极为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，负极失去电子，电子经导线流向正极，在溶液中阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。