Question

4．霧霾天氣肆虐給人類健康帶來了嚴重影響．燃煤和汽車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$?_{加熱}^{催化劑}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜O
①反應(yīng)的速率時間罔像如圖1所示．若其他條件不變，僅在反應(yīng)前加入合適的催化劑，其速率時間圖象如圖2所示．以下說法正確的是BC（填對應(yīng)字母）．

A．a(chǎn)₁＞a₂，B．b₁＜b₂    C．t₁＞t₂
D．圖2中陰影部分面積更大
E．圖1中陰影部分面積更大
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是BD（填代號）

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(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．
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
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol．
（3）CH₄和H₂O（g） 在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂，該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數(shù)	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
②T℃時，向1L密閉容器中投人l mol CH₄和l mol H2O（g），平衡時c（CH₄）=0.5mol/L，該溫度下反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂的平衡常數(shù)K=6.75．
（4）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．如圖是利用甲烷燃料電池電解100ml1mol/L食鹽水，電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24L（設(shè)電解后溶液體積不變）．

①甲烷燃料電池的負極反應(yīng)式：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反應(yīng)）
③陽極產(chǎn)生氣體的體積在標準狀況下是1.68L．

Answer 1

分析 （1）①加入催化劑，正逆反應(yīng)速率都增大，達到平衡所用時間較少，但平衡不移動；
②A．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B．到達平衡后，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)進行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C．t₁時刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D．到達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)進行加減構(gòu)造目標熱化學(xué)方程式；
（3）①溫度升高，平衡常數(shù)增大即平衡向正反應(yīng)方向移動；
②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡時c（CH₄）=0.5mol•L^-1，計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的表達式計算；
（4）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負極通入，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；
③電解過程中，陽極先生成氯氣，之后電解水過程中生成氧氣，根據(jù)氫氣的總物質(zhì)的量判斷陽極生成氣體的總物質(zhì)的量，然后計算出標況下的陽極生成氣體的體積．

解答 解：（1）①加入催化劑，正逆反應(yīng)速率都增大，達到平衡所用時間較少，但平衡不移動，則圖象陰影部分面積不變，故答案為：BC；
②A．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故A錯誤；
B．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故B正確；
C．t₁時刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故D正確，
故答案為：BD；
（2）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律，①-②+④×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（3）①溫度升高，平衡常數(shù)增大即平衡向正反應(yīng)方向移動，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡時c（CH₄）=0.5mol•L^-1，該溫度K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75，
故答案為：6.75；
（4）①、原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺，負極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②100mL 1mol/L食鹽水中含有氯化鈉0.1mol，根據(jù)反應(yīng)方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解0.1molNaCl生成0.1mol氫氧化鈉和0.05mol氫氣，同時生成0.05mol氯氣；繼續(xù)電解實質(zhì)為電解水，標況下2.24L氫氣的物質(zhì)的量為0.1mol，電解水生成0.05mol氫氣會生成0.025mol氧氣，及電解過程中陽極總共生成0.075mol氣體，
電解生成標況下2.24L氫氣時，NaCl完全電解，生成0.1molNaOH，溶液體積為0.1L，則c（OH^-）=1mol/L，c（H⁺）=10^-14，所以PH=14，
故答案為：14；
③根據(jù)②的分析可知，電解過程中陽極生成了0.05mol氯氣和0.025mol氧氣，總共生成0.075mol氣體，標準狀況下陽極生成氣體的體積為：22.4L/mol×0.075mol=1.68L，
故答案為：1.68．

點評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)影響因素及計算、電解原理、熱化學(xué)方程式的書寫等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點較多，充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念、表達式及其影響因素，明確電解原理，能夠正確書寫電極反應(yīng)式．