铂基催化剂表面的氧化还原反应(ORR)是燃料电池最重要的阴极反应。厦门大学李剑锋课题组模拟...

铂基催化剂表面的氧化还原反应(ORR)是燃料电池最重要的阴极反应。厦门大学李剑锋课题组模拟研究了在酸性条件下铂单晶表面的反应路径如图所示，其中吸附在铂基催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是（　　 ）

A.②为氧氧双键的断裂过程

B.过程③断裂非极性键，过程⑤形成非极性键

C.该历程的总反应式为O2+4H++4e-=2H2O

D.若在碱性条件下，铂单晶表面的ORR过程及产物均不变

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2017 年9 月我国科学家对于可充放电式锌一空气电池研究取得重大进展。电池装置如图所示，该电池的核心是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)，KOH溶液为电解质溶液，放电的总反应方程式为2Zn+O2+4OH-+2H2O=2Zn(OH)42-。下列有关说法正确的是

A. 可逆锌一空气电池实际上是二次电池，放电时电解质溶液中K+ 向负极移动

B. 在电池产生电力的过程中，空气无阻挡地进入电池，发生ORR 反应，并释放电荷

C. 发生OER 反应的电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+

D. 放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)

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2017年9月我国科学家对于可充放电式锌一空气电池研究取得重大进展。电池装置如图所示，该电池的核心是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)，KOH溶液为电解质溶液，放电的总反应方程式为2Zn+O2+40H-+2H2O=2Zn(OH)2。下列有关说法正确的是（　　　 ）

A. 可逆锌一空气电池实际上是二次电池，放电时电解质溶液中K+向负极移动

B. 在电池产生电力的过程中，空气进入电池，发生ORR反应，并释放OH-

C. 发生OER反应的电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+

D. 放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L(标准状况)

高三化学单选题中等难度题查看答案及解析

2017年9月我国科学家对于可充放电式锌一空气电池研究取得重大进展。电池装置如图所示，该电池的核心是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)，KOH溶液为电解质溶液，放电的总反应方程式为2Zn+O2+40H-+2H2O=2Zn(OH)2。下列有关说法正确的是（　　　 ）

A.可逆锌一空气电池实际上是二次电池，放电时电解质溶液中K+向负极移动

B.在电池产生电力的过程中，空气进入电池，发生ORR反应，并释放OH-

C.发生OER反应的电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+

D.放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L(标准状况)

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二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

(1) C(s)+O2(g)CO2(g)　　　　　 ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g)　　　　 ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)SO2(g)　　　　　　 ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

写出CO 还原SO2的热化学方程式:_________________。

(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。

A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变

Ⅱ．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：

反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　　　 ΔH=－34.0kJ/mol

反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　 ΔH=－64.2kJ/mol

(3)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：

①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。

A．加入一定量的活性炭　　　　　　　　　　 B．通入一定量的NO

C．适当缩小容器的体积　　　　　　　　　　 D．加入合适的催化剂

(4)①某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO2的体积分数为___________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。

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二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

(1) C(s)+O2(g)CO2(g)　　　　　 ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g)　　　　 ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)SO2(g)　　　　　　 ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

写出CO 还原SO2的热化学方程式:_________________。

(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。

A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变

Ⅱ．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：

反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　　　 ΔH=－34.0kJ/mol

反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　 ΔH=－64.2kJ/mol

(3)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：

①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。

A．加入一定量的活性炭　　　　　　　　　　 B．通入一定量的NO

C．适当缩小容器的体积　　　　　　　　　　 D．加入合适的催化剂

(4)①某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO2的体积分数为___________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。

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二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

(1) C(s)+O2(g)CO2(g)　　　　　 ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g)　　　　 ΔH2=+172.5 kJ·mol-1

S(s)+O2(g)SO2(g)　　　　　　 ΔH3=-296.0 kJ·mol-1

写出CO 还原SO2的热化学方程式:_________________。

(2)关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。

A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变

Ⅱ．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：

反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　　　 ΔH=－34.0kJ/mol

反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　 ΔH=－64.2kJ/mol

(3)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：

①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是___________(填字母)。

A．加入一定量的活性炭　　　　　　　　　　 B．通入一定量的NO

C．适当缩小容器的体积　　　　　　　　　　 D．加入合适的催化剂

(4)①某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO2的体积分数为___________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。

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二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一，它主要来自化石燃料的燃烧，研究CO催化还原SO2的适宜条件，在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

（1）C(s)+O2(g)= CO2(g)　　 ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)=2CO(g)　　　　 ΔH2=+172.5kJ·mol-1

S(s) +O2(g)= SO2(g)　　　 ΔH3=-296.0kJ·mol-1

请写出CO 还原SO2的热化学方程式___________________________________。

（2）对于CO还原SO2的可逆反应，下列说法正确的是_____________。

A.在恒温恒容条件下，若反应体系压强不变，则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时，2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变，增加SO2的浓度，CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中，向达到平衡状态的体系中充入N2，SO2的平衡转化率不变

Ⅱ.探究合适的反应条件

向反应器中通入含3%SO2、6%CO和91%N2的烟气，用碘量法测定反应前后烟气中SO2的含量，反应温度区间均为300℃~500℃。

（1）催化剂和温度对反应的影响

烟气流量为0.03 L/min，分别在3种不同催化剂条件下进行实验，实验结果如下图所示。

根据上图示结果，烟气除硫时选用最合适催化剂是_____________，反应温度是_______________。

（2）烟气流速对反应的影响

选用同样的催化剂，分别在三种烟气流量情况下进行实验，实验结果的数据见下表。

分析上表数据，①在300℃时，SO2的转化率随烟气流量变化的关系是______________，其原因可能是____________；②在400℃时，SO2的转化率随烟气流量增大而增大的原因是___________________。

Ⅲ.工业上还用Na2SO3溶液吸收SO2，将烟气通入1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液，当溶液pH约为6 时，吸收SO2的能力显著下降，此时溶液中c(HSO3-)∶(SO32-)=____________。（已知H2SO3的K1=1.5×10-2、K2=1.0×10-7）

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治理氮氧化物(NOx)的污染是化学研究的重要课题之一。

I．NO能被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO，利用下列装置模拟该反应。

已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能与NO2反应，不与NO反应。

（1）上述装置接口的连接顺序为a→__________（按气流方向，用小写字母表示）。

（2）装置D的作用是___________________。

（3）装置E中反应的化学方程式为___________________。

（4）打开分液漏斗活塞，烧瓶中观察到的实验现象有_____________________。

II．实验室常用NaOH溶液吸收多余的氮氧化物(NOx)：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。设计实验验证产物NaNO2既有氧化性又有还原性。

限选试剂：稀硫酸、KI-淀粉溶液、双氧水、酸性KMnO4溶液

（5）取适量NaNO2溶液，加入_____________，观察到_____________现象，证明其具有氧化性。

（6）参照（5），设计实验证明NaNO2有还原性________________。

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治理氮氧化物（NOx）的污染是化学研究的重要课题之一。NO能被灼烧的铁粉还原为N2，同时生成同时生成FeO，利用下列装置模拟该反应。

已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能与NO2反应，不与NO反应。

（1）上述装置接口的连接顺序为a→__________（按气流方向，用小写字母表示）。

（2）装置D的作用是___________________。

（3）装置E中反应的化学方程式为___________________。

（4）打开分液漏斗活塞，烧瓶中观察到的实验现象有_____________________。

（5）实验室常用NaOH溶液吸收多余的氮氧化物(NOx)：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。设计实验验证产物NaNO2既有氧化性又有还原性。

限选试剂：稀硫酸、KI-淀粉溶液、双氧水、酸性高锰酸钾溶液

（6）最终得到的亚硝酸钠（NaNO2)外观与食盐非常相似，毒性较强。

已知①Ksp(AgNO2) =2.0×10-8，Ksp(AgCl) =1.8×10-10；

② Ka(HNO2) =5.1×10-4。

若鉴别NaNO2和NaCl两种固体，实验方法是__________________________（试剂自选）。

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