Question

Ⅰ．2013年霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g），在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線，如圖所示．

據(jù)此判斷：
（1）該反應(yīng)的△H

 

0（選填“＞”、“＜”）．
（2）若在一定溫度下，將1.0mol NO、0.5mol CO充入0.5L固定容積的容器中，達到平衡時NO、CO、CO₂、N₂物質(zhì)的量分別為：0.8mol、0.3mol、0.2mol、0.1mol，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=

 

；若保持溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.3mol，平衡將

 

移動（選填“向左”、“向右”或“不”）．
Ⅱ．以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖．

回答下列問題：
（1）B極為電池極

 

，電極反應(yīng)式為

 

．
（2）若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為（標(biāo)況下）

 

．
Ⅲ．FeS飽和溶液中存在：FeS（s）?Fe²⁺（aq）+S^2-（aq），K_sp=c（Fe²⁺）?c（S^2-），常溫下K_sp=1.0×10^-16．又知FeS飽和溶液中c（H⁺）與c（S^2-）之間存在以下限量關(guān)系：[c（H⁺）]²?c（S^2-）=1.0×10^-22，為了使溶液中c（Fe²⁺）達到1mol/L，現(xiàn)將適量FeS投入其飽和溶液中，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液中的pH為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）根據(jù)到達平衡的時間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時二氧化碳的濃度判斷溫度對平衡的影響，進而判斷△H；
（2）根據(jù)三行式來求平衡時各組分的濃度，然后代入表達式求解；求此時的濃度商與平衡常數(shù)的大小關(guān)系，來判斷；
Ⅱ．（1）B為負極，總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+=CO₂+2H₂O，正極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-=4O^2-，兩式相減可得負極電極反應(yīng)式；
（2）開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計算，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算消耗的甲烷；
Ⅲ．根據(jù)硫化亞鐵的溶度積常數(shù)和亞鐵離子濃度計算硫離子濃度，再根據(jù)氫硫酸的電離平衡常數(shù)計算氫離子濃度，最后利用pH計算公式計算溶液的pH．

解答： 解：Ⅰ．（1）①由圖可知，溫度T₁先到達平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
（2）2NO+2CO?2CO₂ +N₂
平衡的濃度：1.6 0.6 0.4 0.2
所以K=

0．42×0.2

1．62×0．62

=5/144 或0.0347，
再向容器中充入CO、N₂各0.3mol，Q=

0．42×0.8

1．62×1．22

=0.0347=K，所以平衡不移動，故答案為：0.0347；不；
II．（1）總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+=CO₂+2H₂O，正極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-=4O^2-，兩式相減，負極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O，
故答案為：負極；CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O；
（2）硫酸銅的物質(zhì)的量=0.1L×1mol/L=0.1mol，開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：0.1mol×2+2x=4x，解得x=0.1，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知消耗的甲烷物質(zhì)的量=

0.1mol×4

8

=0.05mol，故消耗甲烷的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12L；
III．（3）溶液中c（S^2-）=

Ksp

c(Fe2+)

=

1.0×10-16

1

=1.0×10^-16mol/L，c²（H⁺）?c（S^2-）=1.0×10^-22，則c（H⁺）=

1.0×10-22 1.0×10-16

=10^-3mol/L，pH=-lg10^-3=3，
故答案為：3．

點評：本題綜合Ⅰ中考查了化學(xué)平衡移動和平衡常數(shù)的相關(guān)計算、Ⅱ中注意利用電子轉(zhuǎn)移守恒計算，題目整體計算量很大，思維量大，對學(xué)生的心理素質(zhì)有很高的要求，難度很大，Ⅲ根據(jù)溶度積常數(shù)及弱酸的電離平衡常數(shù)計算溶液的pH，題目難度中等．．