Question

(14分)2013年初，雾霾天气多次肆虐天津、北京等地区。其中，燃煤和汽车尾气是

造成空气污染的原因之一。

(l)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H <0

①该反应平衡常数表达式____________________________

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________________（填代号）。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原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

写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O（1）的热化学方程式：_____________________。

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mLlmol/L食盐水，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）．

 

①甲烷燃料电池的负极反应式：______________________________________.

②电解后溶液的pH=____（忽略氯气与氢氧化钠溶液反应）

③阳极产生气体的体积在标准状况下是________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】

试题分析：（1）①根据化学平衡常数的定义得该反应的K= c2(CO2)·c(N2)

c2(NO)c2(CO)

②图a中t1时刻说明正反应速率最大，因为该反应为放热反应，容器为绝热容器，所以开始时相当于给体系升温，温度升高，反应速率加快，但同时升温不利于正反应的进行，所以正反应速率后来又逐渐减小，当正反应速率不再变化时说明达平衡状态，因此t1时刻未达到平衡状态；b图，因为该反应为放热反应，容器为绝热容器，所以开始时相当于给体系升温，温度升高，有利于反应逆向进行，K值减小，达平衡时K不再减小，正确；c图中t1时刻的一氧化碳和二氧化碳的物质的量相等，不能说明t1时刻达到平衡状态；d图中t1时刻NO的质量分数不再变化，说明已达平衡状态，正确，答案选bd。

（2）根据盖斯定律，目标方程式=①-②+2×③，所以CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式为N2O4(g)+CH4(g)=N2(g)+2H2O（l）+CO2(g) △H=－898.1kJ/mol

（3）①燃料电池中的负极是燃料发生氧化反应，所以该燃料电池的负极反应式为

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

②食盐水中的Cl-的物质的量是0.1mol，若按电解食盐水的化学方程式中2NaOH～H2～Cl2，当生成0.1mol氢气时，应生成0.1mol氯气，与题意不符，所以电解食盐水开始是Cl-和H+放电，Cl-放电完毕后是OH－放电，因此溶液中氢氧化钠的物质的量为0.05mol×2=0.1mol，所以

c(OH－)=0.1mol/0.1L=1mol/L，溶液pH=14；

③根据②的分析，阳极产生0.05mol的氯气和0.025mol的氧气，所以标准状况下的体积是1.68L。

考点：考查化学平衡理论的应用，热化学方程式的计算及书写，电化学理论的应用