题目

题型：不详难度：来源：

近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势，汽车尾气已成为重要的空气污染物。在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NO_x、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染。
（1）已知： 
①  N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)         △H=+180.5kJ/mo1
② 2C(s)+O₂(g)=2CO(g)        △H=－221.0kJ/mo1
③  C(s)+O₂(g)=CO₂(g)          △H=－393.5kJ/mo1
尾气转化的反应之一：2NO(g)+2CO(g)＝N₂(g)＋2CO₂(g) △H=      。
（2）某研究性学习小组在技术人员的指导下，在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：


请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）；
①前2s内的平均反应速率v（N₂）=         。
②在该温度下，反应的平衡常数K=          L·mo1^－1（写出计算结果）。
③对于该可逆反应，通过综合分析以上信息，至少可以说明       （填字母）

A．该反应的反应物混合后很不稳定

B．该反应一旦发生将在很短的时间内完成

C．该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小

D．该反应在一定条件下能自发进行

E．该反应使用催化剂意义不大
（3）为节约能源，减少污染，该研究小组继续探究一种高铁电池，这是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为

该电池放电时负极反应式为                                 ，每有1mo1K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为      ，充电时阳极反应式为                                                    。

答案

（14分）（1）－746.5kJ/mol（2分） （2）①1.88×10^－4mol/(L·s) （2分） ②5000（2分）
③BCD（2分）（多选、错选均不给分，选对1个得1分）
（3）Zn＋2e^－＋2OH^－＝Zn(OH)₂(或Zn＋2OH^－→Zn(OH)₂＋2e^－) （2分）；3mol（2分）
Fe(OH)₃－3e^－＋5OH^－＝FeO₄^2－＋4H₂O（2分）（或Fe(OH)₃＋5OH^－→FeO₄^2－＋4H₂O＋3e^－）

解析

试题分析：（1）根据盖斯定律可知，③×－①－②即得到2NO(g)+2CO(g)＝N₂(g)＋2CO₂(g) ，所以该反应得反应热△H＝－393.5kJ/mol×－180.5 kJ/mol＋221 kJ/mol＝－746.5kJ/mol，
（2）①根据表中数据可知，前2s则NO浓度减少了（10.0－2.50）×10^－4mol/L＝7.50×10^－4mol/L，则根据方程式可知生成氮气得浓度是7.50×10^－4mol/L÷2＝3.75×10^－4mol/L，所以氮气得反应速率是3.75×10^－4mol/L÷2s＝1.88×10^－4mol/(L·s)。
②根据表中数据可知，反应进行到4s时，达到平衡状态。此时NO和CO浓度分别是1.00×10^－4mol/L和2.70×10^－3mol/L，生成物氮气和CO₂的浓度是（10.0－1.00）×10^－4mol/L÷2＝4.50×10^－4mol/L、10.0－1.00）×10^－4mol/L＝9.00×10^－4mol/L，所以该温度下的平衡常数K＝＝5000。
③A、反应是放热反应，则生成物的总能量低于反应物的总能量。能量越低越稳定，则生成物的稳定性强，A不正确；B、根据表中数据可知，反应进行到4s时，达到平衡状态，这说明该反应一旦发生将在很短的时间内完成，B正确；C、由于平衡常数很大，K＝5000，这说明反应物的转化率很高，因此该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小，C正确；D、由于该反应是放热反应，因此该反应在一定条件下能自发进行，D正确；E、催化剂虽然不能改变平衡状态，但可以加快反应速率，所以E不正确，答案选BCD。
（3）原电池中负极失去电子，则根据总的反应式可知，锌是负极，失去电子生成氢氧化锌，则负极电极反应式是Zn＋2e^－＋2OH^－＝Zn(OH)₂；根据反应的方程式可知，反应前铁的化合价是＋6价，反应后降低到＋3价，得到3个电子，则每有1mo1K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol；充电时阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，所以根据反应式可知，阳极是氢氧化铁失去电子，生成高铁酸钾，则阳极电极反应式为Fe(OH)₃－3e^－＋5OH^－＝FeO₄^2－＋4H₂O。