Question

7．NO₂與SO₂混合可發(fā)生反應(yīng)：NO₂+SO₂?SO₃+NO．
I．在100℃1molNO₂與1molSO₂的混合氣體置于絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，①正反應(yīng)速率隨時間變化的趨勢如圖所示，則下列說法正確的是C（填字母）．

A．反應(yīng)在c點達(dá)到平衡狀態(tài)
B．反應(yīng)物濃度：a點小于b點
C．反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
D．△t₁=△t₂時，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段
②判斷此反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是ADEF
A．體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化      B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變  D．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
E．體系的溫度不再發(fā)生變化     F．v（NO₂）_正=v（NO）_逆
II．在常溫時，維持體系總壓強(qiáng)P恒定體積為V升的1molNO₂與1molSO₂混合氣體于密閉容器發(fā)生上述反應(yīng)．已知NO₂的平均轉(zhuǎn)化率為α，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{α}^{2}}{（{1-α）}^{2}}$（用α，V等符號表示）．
（3）熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視．某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極．試回答下列問題：
①該燃料電池正極電極反應(yīng)式為：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-．
②25℃時，某學(xué)生想用該燃料電池電解一定量的硫酸鈉飽和溶液中進(jìn)行電解，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時，溶液中析出mgNa₂SO₄•10H₂O晶體．若溫度不變，在剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，消耗掉的丁烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.86a．

Answer 1

分析 I．①A．反應(yīng)在達(dá)到平衡狀態(tài)時，反應(yīng)速率應(yīng)保持不變；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度越來越小；
C．根據(jù)圖可知，該反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)速率受溫度和濃度的因素影響，反應(yīng)速率先增大后減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，先由于溫度升高反應(yīng)速率增大，后濃度下降，反應(yīng)速率下降，所以反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
D．根據(jù)圖可知，ab段的速率小于bc段，所以△t₁=△t₂時，SO₂的消耗量：a～b段小于b～c段；
②該反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在絕熱的條件下進(jìn)行，則體系的溫度是不斷升高的，直至平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡狀態(tài)的特征：正逆反應(yīng)速率相等，各組份的分?jǐn)?shù)或濃度保持不變，及某些外部特征不變判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
II．（3）根據(jù)反應(yīng)NO₂+SO₂?SO₃+NO，利用三段式，根據(jù)K=$\frac{c（NO）c（SO{\;}_{3}）}{c（NO{\;}_{2}）c（S{O}_{2}）}$計算；
①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時，消耗的水的質(zhì)量為$\frac{a}{2}×18$g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，可計算出原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol，據(jù)此答題．

解答 解：I．①A．反應(yīng)在達(dá)到平衡狀態(tài)時，反應(yīng)速率應(yīng)保持不變，故A錯誤；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度越來越小，所以反應(yīng)物濃度：a點大于b點，故B錯誤；
C．根據(jù)圖可知，該反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)速率受溫度和濃度的因素影響，反應(yīng)速率先增大后減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，先由于溫度升高反應(yīng)速率增大，后濃度下降，反應(yīng)速率下降，所以反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故C正確；
D．根據(jù)圖可知，ab段的速率小于bc段，所以△t₁=△t₂時，SO₂的消耗量：a～b段小于b～c段，故D錯誤；
故選C；
②該反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在絕熱的條件下進(jìn)行，則體系的溫度是不斷升高的，直至平衡狀態(tài)，
A．根據(jù)上面的分析可知，反應(yīng)過程中溫度升高，體積不變，則體系壓強(qiáng)增大，當(dāng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，則說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，故A正確；
 B．該反應(yīng)體積不變，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度不隨反應(yīng)的進(jìn)行而改變，故不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，故B錯誤；
C．反應(yīng)前后質(zhì)量和物質(zhì)的量都不變，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，故C錯誤； 
 D．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故D正確；
E．根據(jù)上面的分析可知，體系的溫度不再發(fā)生變化，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故E正確；
 F．v（NO₂）_正=v（NO）_逆，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故F正確；
故選ADEF；
II．（3）由于反應(yīng)中各物質(zhì)的計量數(shù)都是1，且在同一個容器進(jìn)行反應(yīng)，所以各物質(zhì)的濃度關(guān)系就可以用物質(zhì)的量表示，利用三段式，
      NO₂+SO₂?SO₃+NO
起始   1   1
轉(zhuǎn)化   α   α   α   α
平衡  1-α  1-α α   α 
所以K=$\frac{c（NO）c（SO{\;}_{3}）}{c（NO{\;}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{α}^{2}}{（{1-α）}^{2}}$，
故答案為：$\frac{{α}^{2}}{（{1-α）}^{2}}$；
①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-，
故答案為：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時，消耗的水的質(zhì)量為$\frac{a}{2}×18$g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，所以原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{142}{322}×m}{9a+m}$×100%=$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，也為 $\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol，其體積為$\frac{a}{26}$mol×22.4L/mol=0.86aL，
故答案為：$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%；0.86a．

點評 本題考查電化學(xué)和化學(xué)平衡知識，內(nèi)容比較綜合，在理解所學(xué)各部分化學(xué)知識的本質(zhì)區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，運用所掌握的知識進(jìn)行必要的分析、類推或計算，解釋、論證一些具體化學(xué)問題，本題難度中等，注意守恒思想的運用．