Question

6．今年來，霧霾天氣多次肆虐北京、天津地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤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）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$
②若該反應(yīng)在恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖如圖1正確且能說明該反應(yīng)進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是b、d （填代號(hào)）

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)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NO_X可以消除氮氧化物的污染．
例如：
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44KJ/mol
寫出CH₄ （g）催化還原N₂O₄（g）生成N₂ （g）和H₂O （l）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H═-898.1kJ/mol．
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．圖2是利用甲烷燃料電池電解100ml 1mol/L食鹽水的裝置，電解一段時(shí)間后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣1.12L（設(shè)電解后溶液體積不變）
①甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺
②電解后溶液的PH=14（忽略氯氣與氫氧化鈉溶液）．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積}{反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積}$，
②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（3）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺；
②根據(jù)電解氯化鈉溶液的電解方程式來求溶液的pH．

解答 解：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積}{反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積}$，2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g），所以K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，
故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，
②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確；
c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故d正確，
故答案為：bd；
（2）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），
故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）-44.0kJ•mol^-1×2=-898.1kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H═-898.1kJ/mol；
（3）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②電解一段時(shí)間后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣1.12L
由方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$  2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
           2               2           22.4
    0.1L×1mol/L          n（NaOH）      1.12L
NaCl剛好電解完，n（NaOH）=0.1mol，c（OH^-）=0.1mol÷0.1L=1mol/L，C（H⁺）=$\frac{{K}_{W}}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1mol•{L}^{-1}}$=10^-14mol•L^-1，所以pH=14，
故答案為：14．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計(jì)算應(yīng)用，原電池電解池原理的分析應(yīng)用，注意平衡的條件分析，題目綜合性強(qiáng)．