Question

（14分）近年來(lái)霧霾天氣多次肆虐我國(guó)部分地區(qū)。其中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(g)2CO2(g)+ N2(g) 。在密閉容器

中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c(CO2)隨溫度(T)和時(shí)間(t)的變化曲線如圖1所示。據(jù)此判斷：

①該反應(yīng)的△H 0（填“＜”或“＞”）。

②在T2溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v (N2)為 。

③若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列圖2中正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是 （填字母編號(hào)）。

圖1 圖2

（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)生的煙氣中含氮的氧化物，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

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2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。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mL 1 mol/L食鹽

水的裝置，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該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為 。

②電解后溶液的pH約為 （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)狀況下約為 L。

 

Answer 1

（14分）（每空2分）（1）①＜ ②0.025mol/(L·s) ③c

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

（3）①CH4-8e-+2H2O= CO2+8 H+ ②14 ③1.68

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)化學(xué)平衡中“先拐先平”的規(guī)律，T1>T2,則溫度升高，二氧化碳濃度減小，說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，所以正向是放熱反應(yīng)△H<0；

②2s內(nèi)二氧化碳的濃度增加0.1mol/L，則氮?dú)獾臐舛仍黾?.05mol/L，所以v (N2)=0.05mol/L/2s=0.025mol/(L·s)；

③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)；c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c。

（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。

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡理論的應(yīng)用，熱化學(xué)方程式的計(jì)算及書寫，電化學(xué)理論的應(yīng)用