Question

【題目】霧霾天氣肆虐給人類健康帶來了嚴重影響。燃煤和汽車尾氣 是造成空氣污染的原因之一。

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO(g)2C02(g)+N2 (g) △H ＜0 。

①該反應的速率時間圖像如右圖中左圖所示。若其他條件不變，僅在反應前加入合適的催化劑，則其速率時間圖像如右圖中右圖所示。以下說法正確的是 (填對應字母）。

A．a1＞a2 B．b1 ＜b2 C．t1＞t2

D．右圖中陰影部分面積更大 E.左圖中陰影部分面積更大

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)+2N02(g) = N2(g)+C02(g)+2H20(g) △H=-867 kJ/mol

2N02(g)= N204(g) △H= - 56.9 kJ/mol H20(g) = H20(l) △H = - 44.0 kJ/mol

寫出CH4催化還原N204 (g)生成N2和H20（1）的熱化學方程式： 。

（3）CH4和H20(g)在催化劑表面發(fā)生反應CH4 + H20 = C0 + 3H2 ，該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)如下表：

①該反應是 反應(填“吸熱”或“放熱 ”）。

②T℃時，向1L密閉容器中投入1mol CH4 和1mol H20(g)，平衡時C(CH4)=0．5 mol·L-1 , 該溫度下反應CH4 + H20 = CO+3H2的平衡常數(shù)K= 。

（4）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。如圖是利用甲烷燃料電池電解100mL lmol/L食鹽水，電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24 L(設(shè)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

【答案】（1）①BC②BD

（2）CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g) △H=-898kJ/mol

（3）①吸熱②6.75

（4）①CH4-8e一+2H20=C02+8H+②14③1.68

【解析】

試題分析：（1）①對可逆反應2NO(g)+2CO(g)2C02(g)+N2 (g) △H ＜0的v-t圖象，如若其它條件不變，只是在反應前加入合適的催化劑，a1、a2為兩種條件下正反應速率，催化劑加快反應速率，則a1＜a2，A項錯誤；使用催化劑縮小達到化學平衡的時間，則加催化劑時達到平衡的反應速率大，所以b1＜b2，B項正確；使用催化劑縮小達到化學平衡的時間，則t1＞t2，C項正確；陰影部分的面積為反應物濃度的變化量，平衡狀態(tài)沒有改變，則陰影部分面積相同，D、E項錯誤；答案選BC。

②A．到達平衡后正、逆反應速率相等，不再變化，t1時刻V正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，反應未到達平衡，A項錯誤；B．該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，B項正確；C．t1時刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時刻未到達平衡狀態(tài)，C項錯誤；D．NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t1時刻處于平衡狀態(tài)，D項正確；答案選BD。

（2）已知：CH4(g)+2N02(g)=N2(g)+C02(g)+2H20(g) △H=-867kJ/mol①、2N02(g)=N204(g)△H=-56.9kJ/mol②、H20(g)=H20(l) △H=-44.0kJ/mol③，根據(jù)蓋斯定律，①-②+④×2可得CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g)，所以△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898kJ/mol，CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g)△H=-898kJ/mol。

（3）①根據(jù)表格提供的信息，溫度升高，K值增大，說明平衡正向移動，則該反應是吸熱反應。

②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH4和1molH20(g)，平衡時C(CH4)=0.5mol·L-1,根據(jù)化學反應方程式可知，平衡時H2O的濃度為0.5mol/L，CO的濃度為0.5mol/L，氫氣的濃度為1.5mol/L，該溫度下反應CH4+H20=CO+3H2的平衡常數(shù)K=([CO]×[H2]3)÷([CH4]×[H2O])=(0.5×1.5×1.5×1.5)÷(0.5×0.5)=6.75

（4）①原電池負極發(fā)生氧化反應，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應生成CO2、H+，負極電極反應式為CH4-8e一+2H20=C02+8H+；

②由方程式：2NaCl+2H2O2NaOH + H2↑+ Cl2↑

2 2 22.4

0.1L×1mol/L 0.1 1.12L

由題可知：Cl－放電之后反應為電解水，c(OH－）=0.1mol÷0.1L=1mol/L，c(H＋)=1×10-14÷1= 10-14mol/L，所以pH=14。

③陰極的電極反應為2H＋+2e－=H2↑，標準狀況下2.24 L氫氣的物質(zhì)的量為0.1mol，陰極放電0.02mol，陽極的電極反應式2Cl－-2e－=Cl2↑、4OH－-4e－=2H2O+O2↑，NaCl的物質(zhì)的量為0.1mol，則產(chǎn)生氯氣0.05mol，放電0.1mol，OH－放電0.1mol，生成氧氣0.1mol÷4= 0.025mol，產(chǎn)生氣體總物質(zhì)的量為0.075mol，混合氣體在標準狀況下的體積為0.075mol ×22.4L/mol=1.68L。