Question

雾霾天气肆虐给人类健康带来了严重影响。燃煤和汽车尾气 是造成空气污染的原因之一。

（1）汽车尾气净化的主要原理为： 2NO(g)+2CO(g)= 2C0₂ (g)+N₂ (g) △H＜0 。

①该反应的速率时间图像如右图中左图所示。若其他条件不变，仅在反应前加人合适的催化剂，则其速率时间图像如右图中右图所示。

以下说法正确的是             (填对应字母)。

A．a₁＞a₂        B．b₁ ＜b₂

C．t₁＞t₂        D．右图中阴影部分面积更大

E．左图中阴影部分面积更大

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是          (填代号)。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原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=-867 kJ/mol

2NO₂(g)= N₂O₄(g)  △H=-56.9 kJ/mol

H₂O(g) = H₂O(l)   △H =-44.0 kJ/mol

写出CH₄催化还原N₂O₄ (g)生成N₂和H₂O（1）的热化学方程式：              。

（3）CH₄和H₂O(g)在催化剂表面发生反应CH₄ + H₂OCO + 3H₂ ，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

①该反应是              反应(填“吸热”或“放热”)。

②T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄ 和1mol H₂Og)，平衡时C(CH₄)=0．5 mol·L^- , 该温度下反应CH₄ + H₂O = CO+3H₂的平衡常数K=            。

（4）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。如图是利用甲烷燃料电池电解l00mLlmol/L食盐水，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24 L(设电解后溶液体积不变)。

①甲烷燃料电池的负极反应式：                    。

②电解后溶液的pH =            ，(忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)。

③阳极产生气体的体积在标准状况下是            L。

Answer

（1）①B C ②b d（2）CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+2H2O(l)+CO2(g)△H=-898.1kJ/mol

（3）①吸热 ②6.75 （4）①CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ ②③

【解析】

试题分析：（1）①催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间，但不改变平衡状态，即反应物的转化率或变化的浓度，图中阴影部分面积是指达到平衡过程中反应物的变化浓度，故符合题意的为BC；②②a．到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；b．该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；c．t1时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，故c错误；d．NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，故d正确，答案为bd；（2）已知：CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-867kJ/mol①2NO2(g)⇌N2O4(g)△H2=-56.9kJ/mol②H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol③根据盖斯定律，①-②+④×2可得CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)，故△H=-867kJ/mol-(-56.9kJ/mol)+2(-44.0)kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+2H2O(l)+CO2(g)△H=-898.1kJ/mol；（3）①由图表可知，随温度的升高，平衡常数增大，可知升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应；②反应CH4 + H2OCO + 3H2 达到平衡时，C(CH4)=0．5 mol·L-1， CH4平衡时的物质的量为0.5mol，变化的物质的量为0.5mol，则H2O的变化物质的量为0.5mol，CO的变化物质的量为0.5mol，H2的变化物质的量为1.5mol，平衡时H2O、CO及H2的浓度依次为0.5mol/L、0.5mol/L、1.5 mol/L，此时反应的平衡常数K=0.5×1.53/(0.5×0.5)=6.75；)（4）①原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，酸性条件下，发生氧化反应生成CO2、H+，负极电极反应式为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+；

②由方程式：

2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑ + Cl2↑

2mol 2mol 22.4L 22.4L

0.1L×1mol/L 0.1mol 1.12L 1.12L

由题可知继续电解时为直接电解水，溶液pH值不改变，C(H+)= =10-14，所以PH=14，③根据生成的氢气总体积为2.24L可知，继续电解水生成的氢气为1.12L，则同时生成的氧气为0.56L，阳极生成气体的总体积为氯气和氧气的体积和，为1.12L+0.56L=1.68L。

考点：考查盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素、化学反应速率，平衡常数概念计算应用及电解原理与计算。