Question

2012年始，霧霾天氣無數(shù)次肆虐家鄉(xiāng)邯鄲．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）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0
①該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式

 

；
②若該反應(yīng)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(yīng)在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是

 

 （填代號）．

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題．
煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X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(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100mL1mol/L食鹽水，電解一段時間后，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陽極產(chǎn)生氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是

 

 L

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①依據(jù)平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；
②a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
b、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
c、t₁時刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
d、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（3）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺；
②根據(jù)電解氯化鈉溶液的電解方程式來求溶液的PH；
③B裝置為電解池，陽極是a，溶液中氯離子失電子生成氯氣，氫氧根離子失電子生成氧氣，依據(jù)電子守恒計算；

解答： 解：（1）①2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0，依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達式K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
故答案為：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
 ②依據(jù)圖象分析判斷選項；
a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；
b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確；
c、t₁時刻后二氧化碳、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質(zhì)量分數(shù)為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確，
故答案為：bd；
（2）①CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol    H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算①-②得到CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（3）（3）①、原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺，負極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②由方程式：2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
            2               2       22.4
 10^-3

L

ml

×100mL×1mol/L      0.1     2.24L
 由題可知：之后反應(yīng)為直接電解水，溶液pH值不改變，C（H⁺）=

10-14

0.1 0.1

=10^-14，所以PH=14，故答案為14；
③甲烷燃料電池電解100mL 1mol/L食鹽水，溶液中n（Cl^-）=0.1mol，電解一段時間后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣2.24L，物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)電解反應(yīng)和電子守恒分析，陰極2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉(zhuǎn)移0.2mol，陽極電極反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，0.1mol氯離子失電子0.1mol生成氯氣0.05mol氣體，所以氫氧根離子失電子0.1mol，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，轉(zhuǎn)移0.1mol電子生成氧氣0.025mol，共生成氣體物質(zhì)的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況氣體體積=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；
故答案為：1.68L；

點評：本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計算應(yīng)用，原電池電解池原理的分析應(yīng)用，注意平衡的條件分析，電極反應(yīng)和電子守恒的計算是解題關(guān)鍵，題目難度中等