Question

【題目】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）+2CO2CO2（g）+N2（g）△H＜O

①反應的速率時間罔像如圖1所示．若其他條件不變，僅在反應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 （填對應字母）．

A．a1＞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在進行到t1時刻達到平衡狀態的是 （填代號）

（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題．煤燃燒產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=﹣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）的熱化學方程式： ．

（3）CH4和H2O（g） 在催化劑表面發生反應CH4+H2OCO+3H2，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如表：

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

①該反應是 反應（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CH4+H2OCO+3H2的平衡常數K= ．

（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（設電解后溶液體積不變）．

①甲烷燃料電池的負極反應式：

②電解后溶液的pH= （忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應）

③陽極產生氣體的體積在標準狀況下是 L．

Answer 1

【答案】（1）①BC；②BD；

（2）CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol；

（3）吸熱；②K===6.75；

（4）CH4﹣8e﹣+2H2O=CO2+8H+；②14；③1.68。

【解析】

試題分析：（1）①使用催化劑，只加快反應速率，達到平衡所用時間少，因此a1<a2，b2>b1，t1>t2，催化劑對化學平衡無影響，兩個陰影面積相等，故選項BC正確；②A、正反應是放熱反應，容器是絕熱容器，隨著反應進行，溫度升高，反應速率增大，當達到平衡反應速率不再改變，但根據圖像t1時刻后，反應速率還在改變，說明t1時刻沒有達到平衡，故錯誤；B、t1時刻，不再改變，說明反應達到平衡，故正確；C、t1時刻，達到平衡，物質的量不再改變，但根據圖像，t1時刻后，物質的量還在發生變化，說明沒有達到平衡，故錯誤；D、根據化學平衡狀態的定義，達到平衡，體積分數不再改變，根據圖像，t1時刻達到平衡，故正確；(2)①CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），②2NO2（g）N2O4（g），③H2O（g）=H2O（l），CH4＋N2O4=N2＋2H2O＋CO2，因此是①－②＋3×③，得出： CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol；(3)①化學平衡常數只受溫度的影響，根據表格數據，隨著溫度的升高，平衡常數增大，說明向正反應方向進行，即正反應是吸熱反應；

② CH4+H2OCO+3H2

起始：1 1 0 0

變化：x x x 3x

平衡：1－x 1－x x 3x，

根據甲烷的濃度求出x=0.5，K=c3(H2)×c(CO)/[c(H2O)×C(CH4)]= =6.75；（4）①環境是酸性，因此負極反應式為CH4＋2H2O－8e－=CO2＋8H＋；② 電解飽和食鹽水：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，100×10－3×1molNaCl全部電解，產生氫氣的物質的量為0.05mol，電解完NaCl后，電解一部分水，2H2O2H2↑＋O2↑，產生n(OH－)=0.05×2mol=0.1mol ，c(OH－)=0.1×100×10－3mol·L－1=1，則c(H＋)=10－14mol·L－1，即pH=14；③根據②的分析，陽極上產生氣體的體積為(0.05＋0.05/2)×22.4L=1.68L。