Question

汽车在现代生活中扮演着越来越重要的角色，但其尾气（碳氢化合物、氮氧化物及一氧化碳等）带来的环境污染越来越明显，汽车尾气的治理已经迫在眉睫。

（1）尾气中的CO主要来自于汽油的不完全燃烧。

①有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)+O₂(g)  ΔH= +221kJ·mol^－1，简述该设想能否实现______（填“是”或“否”）依据是：_______________________________________。

②研究表明：反应CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的ΔH______0（填“＞”或“＜”）若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol·L^﹣1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为              。

（2）用CO做燃料电池电解NaCl溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极，转移0.4mol e^-后，断开K。

①乙中产生的气体在标准状况下的体积为             。

②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要        mL 5.0mol·L^﹣1 NaOH溶液。

（3）电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，如图示，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2­-，电解池阴极反应为__________________。

（4）尾气中的碳氢化合物，如甲烷，可以用来制备氢气。其反应方程式为：

CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  ΔH = ＋206.2kJ/mol  [其中投料比n(CH₄):n(H₂O)=1:1]。对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(P_B)代替物质的量浓度(c_B)也可表示平衡常数（记作K_P，分压=总压×物质的量分数）。平衡时CH₄的转化率与温度、压强（总压）的关系如图所示：

则p₁__ p₂ (填“＞”或“＜”)，p₂时M点的平衡常数K_P=________（小数点后保留3位）。

Answer

（1）①否；（1分） 该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行（1分）

② ＜ （2分） 75%（2分） （2） ① 7.28L （2分） ②280（2分）

（3）2NOx + 4xe-＝N2 + 2xO2-（2分） （4）＜（2分） 0.066（2分）

【解析】

试题分析：（1）① 根据方程式可判断该反应是焓增、熵减的反应，依据△G＝△H－T·△S可知任何温度下均不能自发进行。

②根据表中数据可知随温度的升高，平衡常数逐渐减小。这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，因此正反应是放热反应，即ΔH＜0；

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

起始浓度（mol/L）0.02 0.02 0 0

转化浓度（mol/L） x x x x

平衡浓度（mol/L）0.02-x 0.02-x x x

则根据平衡常数表达式可知

解得x＝0.015

因此在该条件下达到平衡时，CO的转化率为。

（2）①甲中通入CO的电极为负极，则D是阴极，C是阳极，B是阴极，A是阳极。惰性电极电解含0.1mol氯化钠的溶液，氯化钠恰好电解时转移0.1mol电子，这说明阳极还有氢氧根放电，转移0.3mol电子。依据4OH－-4e－=2H2O+O2↑可知有0.075mol氧气生成，所以产生的气体有0.2mol氢气、0.05mol氯气和0.075mol氧气，则乙中产生的气体在标准状况下的体积为（0.2mol+0.05mol+0.075mol）×22.4L/mol＝7.28L。

②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+。丙中阳极电极反应Cu-2e－=Cu2+，依据电子转移为0.4mol可知，生成Cu2+物质的量为0.2mol。根据图像可知消耗铁离子是0.4mol，阴极电极反应Fe3++e－=Fe2+，这说明恰好转移0.4mol电子。此时溶液中有Fe2+ 0.5mol，Cu2+为0.2mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，因此NaOH溶液等体积为，1.4mol÷5mol/L＝0.28L=280ml。

（3）电解池的阴极得到电子，则根据装置图可知以及是NOx得到电子转化为氮气，电极反应式为2NOx + 4xe-＝N2 + 2xO2-。

（4）正反应是体积增大的、吸热的可逆反应，在温度不变时，增大压强平衡向逆反应方向进行，甲烷的转化率降低，所以根据图像可知p1＜p2 。

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

起始量（mol）1 1 0 0

转化量（mol）0.3 0.3 0.3 0.9

平衡量（mol）0.7 0.7 0.3 0.9

所以p2时M点的平衡常数KP＝

【考点定位】本题主要是考查反应自发性、外界条件对平衡状态的影响、平衡常数计算、图像分析以及电化学原理的应用与有关计算等

【名师点晴】电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，解题方法如下：

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