Question

【题目】为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。

I.汽车内燃机工作时会引起N2和O2的反应：N2+O22NO，是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。

（1）在T1、T2温度下，一定量的NO发生分解反应时N2 的体积分数随时间变化如右图所示，根据图像判断反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的△H__________0(填“>"或“ <”）。

（2）在T3温度下，向2L密闭容器中充入10molN2与5molO2，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v(N2)_________。该温度下，若增大压强此反应的平衡常数将____________(填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确记”）；若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol，则达到平衡后O2的转化率为__________。

II.甲烷和甲醇可以做燃料电池，具有广阔的开发和应用前景，回答下列问题

（3）甲醇燃料电池（简称DMFC )由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如右图所示：

通入a气体的电极是原电池的____________极（填“正”或“负”），其电极反应式为_______________。

（4）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示U形管中氯化钠溶液的体积为800ml。闭合K后，若每个电池甲烷用量为0.224L (标况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 __________(法拉第常数F=9.65×104C/mol)，若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为_________。

Answer 1

【答案】（1） > （2） 0.01mol/(L.s) 不变 14.3%

（3） 负 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

（4）7.72×103 c（5）13

【解析】

试题分析：（1）根据题给图像知，温度为T2时先达到平衡状态，说明温度为T2时反应速率快，故温度：T1＜T2，但温度为T2时反应达平衡时氮气的体积分数低，说明升高温度平衡向正反应方向进行，正方应是吸热反应，即△H＞0。

（2）50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，根据方程式可知消耗氮气是1mol，则该反应的速率v(N2)根据公式v=△n/V△t将题给数据代入计算得υ(N2)＝＝0.01 mol·L－1·s－1；平衡常数只与温度有关系，增大压强平衡常数不变；平衡时氮气和氧气的浓度分别是5mol/L－0.5mol/L＝4.5mol/L、2.5mol/L－0.5mol/L＝2mol/L，NO的浓度是1mol/L，T3温度下该反应的化学平衡常数K＝1/9，如果该温度下，若开始时向上述容器中充入N2与O2均为1 mol，则

N2 （g） + O2（g）2NO（g）

起始浓度（mol/L） 0.5 0.5 0

转化浓度（mol/L） x x 2x

平衡浓度（mol/L） 0.5－x 0.5－x 2x

因此平衡常数K＝＝1/9，解得x=1/14，因此达到平衡后N2的转化率为14.3%；

（3）燃料电池中，通入燃料的电极为负极，发生氧化反应。根据装置图可知左侧是电子流出的一极，所以通入a气体的电极是原电池的负极。由于存在质子交换膜，所以甲醇被氧化生成二氧化碳，电极方程式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

（4）电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，可知关系式1 mol CH4～8 mol e﹣～8molNaOH，故若每个电池甲烷通入量为0.224L（标准状况），生成0.08molNaOH，c（NaOH）＝0.08mol÷0.8L＝0.1mol/L，pH=13；电解池通过的电量为×8×9.65×104Cmol﹣1=7.72×103C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算。