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，仅在反应前加入合适的催化剂，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NOx可以消除氮氧化物的污染。已知：CH₄(g)+2N0₂(g) = N₂(g)+C0₂(g)+2H₂0(g) △H=-867 kJ/mol

2N0₂(g)= N₂0₄(g)  △H= - 56.9 kJ/mol  H₂0(g) = H₂0(l)  △H = - 44.0 kJ/mol

写出CH₄催化还原N₂0₄ (g)生成N₂和H₂0（1）的热化学方程式：              。

（3）CH₄和H₂0(g)在催化剂表面发生反应CH₄ + H₂0 = C0 + 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 H₂0(g)，平衡时C(CH₄)=0．5 mol·L^-1 , 该温度下反应CH₄ + H₂0 = 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100mL lmol/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）①BC②BD

（2）CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g) △H=-898kJ/mol

（3）①吸热②6.75

（4）①CH4-8e一+2H20=C02+8H+②14③1.68

【解析】

试题分析：（1）①对可逆反应2NO(g)+2CO(g)2C02(g)+N2 (g) △H ＜0的v-t图象，如若其它条件不变，只是在反应前加入合适的催化剂，a1、a2为两种条件下正反应速率，催化剂加快反应速率，则a1＜a2，A项错误；使用催化剂缩小达到化学平衡的时间，则加催化剂时达到平衡的反应速率大，所以b1＜b2，B项正确；使用催化剂缩小达到化学平衡的时间，则t1＞t2，C项正确；阴影部分的面积为反应物浓度的变化量，平衡状态没有改变，则阴影部分面积相同，D、E项错误；答案选BC。

②A．到达平衡后正、逆反应速率相等，不再变化，t1时刻V正最大，之后随反应进行速率发生变化，反应未到达平衡，A项错误；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，B项正确；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，C项错误；D．NO的质量分数为定值，t1时刻处于平衡状态，D项正确；答案选BD。

（2）已知：CH4(g)+2N02(g)=N2(g)+C02(g)+2H20(g) △H=-867kJ/mol①、2N02(g)=N204(g)△H=-56.9kJ/mol②、H20(g)=H20(l) △H=-44.0kJ/mol③，根据盖斯定律，①-②+④×2可得CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g)，所以△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898kJ/mol，CH4(g)+2N204(g)=N2(g)+2H20(l)+C02(g)△H=-898kJ/mol。

（3）①根据表格提供的信息，温度升高，K值增大，说明平衡正向移动，则该反应是吸热反应。

②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1molH20(g)，平衡时C(CH4)=0.5mol·L-1,根据化学反应方程式可知，平衡时H2O的浓度为0.5mol/L，CO的浓度为0.5mol/L，氢气的浓度为1.5mol/L，该温度下反应CH4+H20=CO+3H2的平衡常数K=([CO]×[H2]3)÷([CH4]×[H2O])=(0.5×1.5×1.5×1.5)÷(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一+2H20=C02+8H+；

②由方程式：2NaCl+2H2O2NaOH + H2↑+ Cl2↑

2 2 22.4

0.1L×1mol/L 0.1 1.12L

由题可知：Cl－放电之后反应为电解水，c(OH－）=0.1mol÷0.1L=1mol/L，c(H＋)=1×10-14÷1= 10-14mol/L，所以pH=14。

③阴极的电极反应为2H＋+2e－=H2↑，标准状况下2.24 L氢气的物质的量为0.1mol，阴极放电0.02mol，阳极的电极反应式2Cl－-2e－=Cl2↑、4OH－-4e－=2H2O+O2↑，NaCl的物质的量为0.1mol，则产生氯气0.05mol，放电0.1mol，OH－放电0.1mol，生成氧气0.1mol÷4= 0.025mol，产生气体总物质的量为0.075mol，混合气体在标准状况下的体积为0.075mol ×22.4L/mol=1.68L。

考点：考查影响反应速率的因素及图象，热化学方程式的书写，化学平衡常数，燃料电池等知识。