Question

【題目】霧霾天氣多次肆虐京、津、冀等地區(qū)，其中汽車尾氣和燃煤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)2CO2(g)+ N2(g) △H＜0

①200 ℃(平衡常數(shù)K＝10)時(shí)，向10L的密閉容器中充入2mol CO2和1.5mol N2,經(jīng)過(guò)10min測(cè)得該容器內(nèi)有1mol CO2剩余，10min內(nèi)用N2表示的平均反應(yīng)速率為 ______________ ，10min時(shí),氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為____________，10min時(shí)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)?其理由是_______________ 。

②若該反應(yīng)在恒溫恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列表達(dá)能表明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（填代號(hào)）____。

a.混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化

b.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化

c.相同時(shí)間內(nèi)生成相同物質(zhì)的量的NO和CO

d.容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化

e.c(N2)不再變化的狀態(tài)

f.v(CO)=v(CO2)的狀態(tài)

（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

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol

H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2（g）和H2O(l)的熱化學(xué)方程式：__________。

（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。利用甲烷燃料電池電解200mL1mol/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電解后溶液的pH= _____________(忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)) 。

②電解后溶液中由水電離出來(lái)的c(H+)= __________。

（4）2017年5月18日中國(guó)首次海域可燃冰試采成功 ，“可燃冰”是一種晶體，晶體中平均每46個(gè)H2O分子構(gòu)建成8個(gè)籠，每個(gè)籠內(nèi)可容納1個(gè)CH4分子或1個(gè)游離的H2O分子．若晶體中每8個(gè)籠有6個(gè)容納了CH4分子；另外2個(gè)籠被游離的H2O分子填充，則“可燃冰”平均組成可表示為_____________，可燃冰的發(fā)現(xiàn)為我國(guó)在新世紀(jì)使用高效新能源開(kāi)辟了廣闊的前景，你認(rèn)為能開(kāi)發(fā)利用的新能源還有___________（至少填寫兩種）。

Answer 1

【答案】 0.005mol·L-1·min-1 25% 是，因?yàn)?0min時(shí)的Qc=K bde CH4(g)+N2O4(g) ==N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= —898.1kJ/mol 14 10-14 mol/L CH48H2O 氫能、太陽(yáng)能

【解析】（1）本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，①2CO2(g)＋N2(g)=2CO(g)＋2NO(g)

起始量：2 1.5 0 0

變化量：1 0.5 1 1

10min： 1 1 1 1 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率數(shù)學(xué)表達(dá)式，v(N2)=0.5/(10×10)mol/(L·min)=0.005 mol/(L·min)，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為1/4×100%=25%，此時(shí)Qc= =1/10，此方程式是已知反應(yīng)方程式的逆過(guò)程，此是化學(xué)平衡常數(shù)為1/10，即Qc等于平衡常數(shù)，說(shuō)明達(dá)到平衡；①a、容器是恒容狀態(tài)，氣體體積不變，組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，根據(jù)密度的定義，密度任何時(shí)刻都不變，因此不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；b、氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前氣體系數(shù)之和大于反應(yīng)后氣體系數(shù)之和，根據(jù)M=m/n，因此平均摩爾質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b正確；c、生成相同物質(zhì)的量NO和CO，反應(yīng)都是向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤； d、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此壓強(qiáng)不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d正確；e、根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的定義，因此c(N2)不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故e正確；f、沒(méi)有指明反應(yīng)進(jìn)行的方向，因此不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故f錯(cuò)誤；（2）考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，①CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g)，②2NO2(g)N2O4(g)，③H2O(g) ＝ H2O(l)，CH4和N2O4反應(yīng)方程式為CH4＋N2O4=N2＋2H2O，①－②＋2×③得到△H=(－867＋56.9－44×2)kJ·mol－1=－898.1kJ·mol－1，熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：CH4(g)+N2O4(g) =N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= -898.1kJ·mol－1；（3）考查pH的計(jì)算和水的離子積的應(yīng)用，①電解飽和食鹽水的離子方程式為2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑，產(chǎn)生n(OH－)=2.24×2/22.4mol=0.2mol，其c(OH－)=0.2/200×10－3mol·L－1=1mol·L－1，溶液中c(H＋)=Kw/c(OH－)=10－14mol·L－1，即pH=14；②電解后溶液顯堿性，溶液中H＋完全是由水電離產(chǎn)生，因此水電離c(H＋)=10－14mol·L－1；（4）分子式的確定和新能源，根據(jù)信息，晶體中含有6個(gè)CH4和48個(gè)水分子，因此可燃冰的組成為CH4·8H2O，新能源還有氫能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋�風(fēng)能等。