Question

2012年始，雾霾天气无数次肆虐家乡邯郸．其中，燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一．
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）

催化剂

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NO_X可以消除氮氧化物的污染．
已知：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol    H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）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100mL1mol/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

考点：化学平衡常数的含义,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①依据平衡常数概念书写平衡常数表达式；
②a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
b、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
c、t₁时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，最后不再变化；
d、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（3）①原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，酸性条件下，发生氧化反应生成CO₂、H⁺；
②根据电解氯化钠溶液的电解方程式来求溶液的PH；
③B装置为电解池，阳极是a，溶液中氯离子失电子生成氯气，氢氧根离子失电子生成氧气，依据电子守恒计算；

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0，依据平衡常数概念写出平衡常数表达式K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
故答案为：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
 ②依据图象分析判断选项；
a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；
c、t₁时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故c错误；
d、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故d正确，
故答案为：bd；
（2）①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol    H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
依据盖斯定律计算①-②得到CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（3）（3）①、原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，酸性条件下，发生氧化反应生成CO₂、H⁺，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②由方程式：2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
            2               2       22.4
 10^-3

L

ml

×100mL×1mol/L      0.1     2.24L
 由题可知：之后反应为直接电解水，溶液pH值不改变，C（H⁺）=

10-14

0.1 0.1

=10^-14，所以PH=14，故答案为14；
③甲烷燃料电池电解100mL 1mol/L食盐水，溶液中n（Cl^-）=0.1mol，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L，物质的量为0.1mol，依据电解反应和电子守恒分析，阴极2H⁺+2e^-=H₂↑，电子转移0.2mol，阳极电极反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，0.1mol氯离子失电子0.1mol生成氯气0.05mol气体，所以氢氧根离子失电子0.1mol，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，转移0.1mol电子生成氧气0.025mol，共生成气体物质的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，标准状况气体体积=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
故答案为：1.68L；

点评：本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素，化学反应速率，平衡常数概念计算应用，原电池电解池原理的分析应用，注意平衡的条件分析，电极反应和电子守恒的计算是解题关键，题目难度中等