Question

【題目】為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量，研究并有效控制空氣中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量顯得尤為重要。

I.汽車內燃機工作時會引起N2和O2的反應：N2+O22NO，是導致汽車尾氣中含有NO的原因之一。

（1）在T1、T2溫度下，一定量的NO發生分解反應時N2 的體積分數隨時間變化如右圖所示，根據圖像判斷反應N2(g)+O2(g)2NO(g)的△H__________0(填“>"或“ <”）。

（2）在T3溫度下，向2L密閉容器中充入10molN2與5molO2，50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，則該反應的速率v(N2)_________。該溫度下，若增大壓強此反應的平衡常數將____________(填“增大”、“減小”、“不變”或“無法確記”）；若開始時向上述容器中充入N2與O2均為1 mol，則達到平衡后O2的轉化率為__________。

II.甲烷和甲醇可以做燃料電池，具有廣闊的開發和應用前景，回答下列問題

（3）甲醇燃料電池（簡稱DMFC )由于結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染，可作為常規能源的替代品而越來越受到關注。DMFC工作原理如右圖所示：

通入a氣體的電極是原電池的____________極（填“正”或“負”），其電極反應式為_______________。

（4）某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示U形管中氯化鈉溶液的體積為800ml。閉合K后，若每個電池甲烷用量為0.224L (標況），且反應完全，則理論上通過電解池的電量為 __________(法拉第常數F=9.65×104C/mol)，若產生的氣體全部逸出，電解后溶液混合均勻，電解后U形管中溶液的pH為_________。

Answer 1

【答案】（1） > （2） 0.01mol/(L.s) 不變 14.3%

（3） 負 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

（4）7.72×103 c（5）13

【解析】

試題分析：（1）根據題給圖像知，溫度為T2時先達到平衡狀態，說明溫度為T2時反應速率快，故溫度：T1＜T2，但溫度為T2時反應達平衡時氮氣的體積分數低，說明升高溫度平衡向正反應方向進行，正方應是吸熱反應，即△H＞0。

（2）50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，根據方程式可知消耗氮氣是1mol，則該反應的速率v(N2)根據公式v=△n/V△t將題給數據代入計算得υ(N2)＝＝0.01 mol·L－1·s－1；平衡常數只與溫度有關系，增大壓強平衡常數不變；平衡時氮氣和氧氣的濃度分別是5mol/L－0.5mol/L＝4.5mol/L、2.5mol/L－0.5mol/L＝2mol/L，NO的濃度是1mol/L，T3溫度下該反應的化學平衡常數K＝1/9，如果該溫度下，若開始時向上述容器中充入N2與O2均為1 mol，則

N2 （g） + O2（g）2NO（g）

起始濃度（mol/L） 0.5 0.5 0

轉化濃度（mol/L） x x 2x

平衡濃度（mol/L） 0.5－x 0.5－x 2x

因此平衡常數K＝＝1/9，解得x=1/14，因此達到平衡后N2的轉化率為14.3%；

（3）燃料電池中，通入燃料的電極為負極，發生氧化反應。根據裝置圖可知左側是電子流出的一極，所以通入a氣體的電極是原電池的負極。由于存在質子交換膜，所以甲醇被氧化生成二氧化碳，電極方程式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

（4）電解氯化鈉溶液的化學方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，可知關系式1 mol CH4～8 mol e﹣～8molNaOH，故若每個電池甲烷通入量為0.224L（標準狀況），生成0.08molNaOH，c（NaOH）＝0.08mol÷0.8L＝0.1mol/L，pH=13；電解池通過的電量為×8×9.65×104Cmol﹣1=7.72×103C（題中雖然有兩個燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個池的甲烷量計算。