Question

(14分)2013年初，霧霾天氣多次肆虐天津、北京等地區(qū)。其中，燃煤和汽車尾氣是

造成空氣污染的原因之一。

(l)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H <0

①該反應平衡常數(shù)表達式____________________________

②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是________________（填代號）。

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g)　 △H＝－867 kJ/mol ①

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol ②

H2O(g)＝H2O(l) △H＝－44.0 kJ/mol ③

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O（1）的熱化學方程式：_____________________。

（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mLlmol/L食鹽水，電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24L（設電解后溶液體積不變）．

 

①甲烷燃料電池的負極反應式：______________________________________.

②電解后溶液的pH=____（忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應）

③陽極產(chǎn)生氣體的體積在標準狀況下是________L

 

Answer 1

（14分）

（1）①K=c2(CO2)·c(N2)

c2(NO)c2(CO) （2分）

②bd（2分）

（2）N2O4(g)+CH4(g)=N2(g)+2H2O（l）+CO2(g) △H=－898.1kJ/mol（3分）

（3）①CH4-8e-+2H2O= CO2+8 H+ （2分）

②14 （2分）

③1.68（3分）

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)化學平衡常數(shù)的定義得該反應的K= c2(CO2)·c(N2)

c2(NO)c2(CO)

②圖a中t1時刻說明正反應速率最大，因為該反應為放熱反應，容器為絕熱容器，所以開始時相當于給體系升溫，溫度升高，反應速率加快，但同時升溫不利于正反應的進行，所以正反應速率后來又逐漸減小，當正反應速率不再變化時說明達平衡狀態(tài)，因此t1時刻未達到平衡狀態(tài)；b圖，因為該反應為放熱反應，容器為絕熱容器，所以開始時相當于給體系升溫，溫度升高，有利于反應逆向進行，K值減小，達平衡時K不再減小，正確；c圖中t1時刻的一氧化碳和二氧化碳的物質的量相等，不能說明t1時刻達到平衡狀態(tài)；d圖中t1時刻NO的質量分數(shù)不再變化，說明已達平衡狀態(tài)，正確，答案選bd。

（2）根據(jù)蓋斯定律，目標方程式=①-②+2×③，所以CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學方程式為N2O4(g)+CH4(g)=N2(g)+2H2O（l）+CO2(g) △H=－898.1kJ/mol

（3）①燃料電池中的負極是燃料發(fā)生氧化反應，所以該燃料電池的負極反應式為

CH4-8e-+2H2O= CO2+8 H+

②食鹽水中的Cl-的物質的量是0.1mol，若按電解食鹽水的化學方程式中2NaOH～H2～Cl2，當生成0.1mol氫氣時，應生成0.1mol氯氣，與題意不符，所以電解食鹽水開始是Cl-和H+放電，Cl-放電完畢后是OH－放電，因此溶液中氫氧化鈉的物質的量為0.05mol×2=0.1mol，所以

c(OH－)=0.1mol/0.1L=1mol/L，溶液pH=14；

③根據(jù)②的分析，陽極產(chǎn)生0.05mol的氯氣和0.025mol的氧氣，所以標準狀況下的體積是1.68L。

考點：考查化學平衡理論的應用，熱化學方程式的計算及書寫，電化學理論的應用