Question

研究氮的氧化物、硫的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。

（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转化为无毒物质。下列说法能说明恒温恒容条件下的反应;2NO（g）+2CO（g）＝N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ·mol^-1已达到化学平衡的是                    。

A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO

B．CO与CO₂的物质的量浓度相等的状态

C．气体密度保持不变的状态

D．气体平均摩尔质量保持不变的状态

（2）NO₂与SO₂混合可发生反应：NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）。

将一定量的NO₂与SO₂置于绝热恒容密闭容器中发生上述反应，正反应速率随时间变化的趋势如图所示。由图（纵轴代表正反应速率）可知下列说法正确的是             （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

（3）CO在实际中有以下应用：用Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气作为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电极反应式。

负极反应式：2CO+2CO₃^2-一4e^-＝4CO₂    正极反应式：                                。

（4）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol·L^-1的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：①甲烷燃料电池的负极反应式是                                          。

②当A中消耗0.15 mol氧气时，B中     极（填”a”或”b”）增重__  __g。

Answer

（1）D(2分) （2） C (2分) （3） O2 + 4e- + 2CO2＝2CO32-(2分)

（4） ① CH4-8e- + 10OH-＝CO32- + 7H2O (2分) ② b (2分) 6.4(3分)

【解析】

试题分析：（1）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO均表示正反应方向的速率，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B．CO与CO2的物质的量浓度相等的状态不一定是正逆反应速率相等，则不一定是平衡状态，B错误；C．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此气体密度保持不变的状态不能说明反应达到平衡状态，C错误；D．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以气体平均摩尔质量保持不变的状态可以说明反应达到平衡状态，D正确，答案选D。

（2）①A．化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达平衡，A错误；B．a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，B错误；C、从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，C正确；D、随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，因此SO2的消耗量：a～b段小于b～c段，D错误；答案选C。

（3）该燃料电池中，负极上一氧化碳失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳，电极反应式为2CO+2CO32-一4e-＝4CO2，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应，电极反应式为：O2 + 4e- + 2CO2＝2CO32-。

（4）①甲烷燃料电池的负极是甲烷失去电子，由于是碱性溶液，因此电极反应式是CH4-8e- + 10OH-＝CO32- + 7H2O。

②当A中消耗0.15 mol氧气时，转移电子是0.15mol×4＝0.6mol。B中铜离子在阴极得到电子转化为铜。与电源负极相连的是阴极，所以B中b极增重。由于铜离子的物质的量是0.1mol，只能得到0.2mol电子，所以铜的质量是0.1mol×64g/mol＝6.4g。

【考点定位】本题主要是考查化学平衡状态判断、外界条件对平衡状态的影响以及电化学原理的有关应用、计算等

【名师点晴】可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。