Question

【题目】甲烷在工农业生产、生活中有着重要作用，请回答下列问题。

(1)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-574kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2

若在相同条件下，1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867kJ，则H2=_________。

(2)用CH4催化还原NO，欲提高N2的平衡产率，应该采取的措施是_______(填序号)。

A．升高温度 B．增大压强 C．降低温度 D．降低压强

(3)一定温度下，在初始体积为2L恒压密闭容器中通入1molCH4和4molNO(假设只发生反应②)，20min后该反应达到平衡，测得容器中N2的物质的量为0.8mol。则从反应开始至刚达到平衡用NO表示的反应速率v(NO)=________________，该温度下反应的平衡常数K=_______________。(答案可用分数表示)

(4)为了提高CH4和NO转化为N2的产率，种学家寻找了一种新型的催化剂。将CH4和NO按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中，测得N2的产率与温度的关系如图所示，OA段N2产率增大的原因是_________。

(5)对于反应②而言，不同温度下，CH4的浓度变化如图所示，下列说法正确的是__________(填序号)。

A．T1大于T2

B．c时二氧化碳的浓度为0.2mol/L

C．a点正反应速率大于b点的逆反应速率

D．a点的反应速率一定比c点的反应速率小

(6)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和Ｏ2，电解质为KOH溶液，该甲烷燃料电池中，负极反应方程式为_______。

Answer 1

【答案】-1160kJ/mol C 0.04mol/(L·min) OA段随着温度的升高，催化剂的活性增强，化学反应速率加快，因此氮气的产率逐渐增大 C CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律计算。

(2)根据勒夏特列原理判断。

(3)根据三段式法计算。

(4)氮气的产率与速率有关，而速率与催化剂、温度相关。

(5)根据图象判断。

(6)根据碱性环境，可以知道CO2最终转化为CO32-。

(1)在相同条件下，1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867kJ，则③2CH4(g)+4NO2(g)=2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)H3=-1734kJ/mol，根据盖斯定律，②=③-①，所以H2=H3-H1=-1160kJ/mol。

(2)反应CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O为放热、体积不变的可逆反应，欲使N2的平衡产率提高，可使平衡正向进行，则反应条件是降低温度，答案为C。

(3)根据三段式法：

由于反应前后体积不变，因此，反应开始到达平衡用NO来表示的反应速率v(NO)==0.04mol/(Lmin)。根据平衡常数的定义，代入数据，得到K=。

(4)氮气的产率与速率有关，而速率与催化剂、温度相关。当温度升高时，催化剂的活性増强，化学反应速率加快，因此氮气的产率逐渐增大。

(5)A．根据图象，相同时间内，T2比T1反应进行的程度大，因此T2＞T1，Ａ说法错误；

B．c点甲烷转换的浓度为1.2mol/L，因此二氧化碳的浓度也是1.2mol/L，B说法错误；

C．在同一温度未达平衡前，a点反应物浓度大于b点反应物浓度，a点的正反应速率大于b点的正反应速率；未达平衡时，b点的正反应速率大于b点的逆反应速率，所以a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C说法正确；

D．a点所处的温度低于c点所处的温度，但a点的反应物的浓度大于c点的反应物浓度，因此两点的速率无法比较，说法错误；

答案为C。

(6)根据碱性环境，可以知道CO2最终转化为CO32-，根据得失电子守恒和物料守恒，可以得出负极电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。