Question

(14分)2013年初，霧霾天氣多次肆虐天津、北京等地區(qū)。其中，燃煤和汽車尾氣是
造成空氣污染的原因之一。
(l)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)△H <0
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式____________________________
②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________________（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(wèn)題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原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
寫(xiě)出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O（1）的熱化學(xué)方程式：_____________________。
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mLlmol/L食鹽水，電解一段時(shí)間后，收集到標(biāo)準(zhǔn)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(fù)極反應(yīng)式：______________________________________.
②電解后溶液的pH=____（忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)）
③陽(yáng)極產(chǎn)生氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是________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）

試題分析：（1）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義得該反應(yīng)的K= c²(CO₂)·c(N₂)
c²(NO)c²(CO)
②圖a中t₁時(shí)刻說(shuō)明正反應(yīng)速率最大，因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，容器為絕熱容器，所以開(kāi)始時(shí)相當(dāng)于給體系升溫，溫度升高，反應(yīng)速率加快，但同時(shí)升溫不利于正反應(yīng)的進(jìn)行，所以正反應(yīng)速率后來(lái)又逐漸減小，當(dāng)正反應(yīng)速率不再變化時(shí)說(shuō)明達(dá)平衡狀態(tài)，因此t₁時(shí)刻未達(dá)到平衡狀態(tài)；b圖，因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，容器為絕熱容器，所以開(kāi)始時(shí)相當(dāng)于給體系升溫，溫度升高，有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行，K值減小，達(dá)平衡時(shí)K不再減小，正確；c圖中t₁時(shí)刻的一氧化碳和二氧化碳的物質(zhì)的量相等，不能說(shuō)明t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)；d圖中t₁時(shí)刻N(yùn)O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化，說(shuō)明已達(dá)平衡狀態(tài)，正確，答案選bd。
（2）根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)方程式=①-②+2×③，所以CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的熱化學(xué)方程式為N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g) △H=－898.1kJ/mol
（3）①燃料電池中的負(fù)極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為
CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺
②食鹽水中的Cl^-的物質(zhì)的量是0.1mol，若按電解食鹽水的化學(xué)方程式中2NaOH～H₂～Cl₂，當(dāng)生成0.1mol氫氣時(shí)，應(yīng)生成0.1mol氯氣，與題意不符，所以電解食鹽水開(kāi)始是Cl^-和H⁺放電，Cl^-放電完畢后是OH^－放電，因此溶液中氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.05mol×2=0.1mol，所以
c(OH^－)=0.1mol/0.1L=1mol/L，溶液pH=14；
③根據(jù)②的分析，陽(yáng)極產(chǎn)生0.05mol的氯氣和0.025mol的氧氣，所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是1.68L。