Question

2011年12月30日中国环境保护部通过了新修订的《环境空气质量标准》，调整了污染物项目及限值，增设了PM2.5平均浓度限值，收紧了NO₂等污染物的浓度限值。

（1）①甲烷是一种清洁燃料，在一定条件下，发生反应：CH₄（g）＋H₂O（g）CO（g）＋3H₂（g）  ΔH＞0。将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O通入反应容器（假设容积为10L），10 min末有0.10 mol CO生成，则10 min内该反应的速率v（H₂）=              。②已知甲烷燃料电池的工作原理如右图所示。该电池中甲烷从            进（填“a”、“b”、“c”、“d”）,电极Ⅰ是         极，写出该电池负极的电极反应：               。

（2）某工厂利用尾气CO制甲醇，在一定压强和固定容积的容器中，通入a molCO与2a mol H₂，在催化剂作用下反应：CO（g）＋2H₂（g） CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，则：

①P₁         P₂（填“＜”、“＞”或“=”）。

②下列各项中，不能说明该反应已达到平衡的是           。

a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化

b．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等

c．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变

d．一定条件下，单位时间内消耗1 mol CO，同时生成l mol CH₃OH

③如下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。请分别画出在T₁ 、T₂温度下，H₂的浓度随时间变化的曲线

            

（3）某硝酸处理NO₂方法是：催化剂存在时用H₂将NO₂还原为N₂。

已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）=－483.6kJ/mol

N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）=+67.7kJ/mol

则H₂还原NO₂生成水蒸气反应的热化学方程式是                    。

Answer

（1）①3.0×10－3mol·L－1·min－1；

②b；负；CH4-8e-+2H2O＝CO2↑+8H+；

（2）①＜；②d ；③

（3）4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g） △H=-1034.9 kJ/mol

【解析】

试题分析：（1）①10min末有0.1mol CO生成，根据方程式CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）可知，生成的氢气为0.1mol×3=0.3mol，容器的体积为10L，则1min内用氢气表示的平均速率v（H2）==3.0×10-3mol•L-1•min-1；故答案为：3.0×10-3mol•L-1•min-1；

②根据装置可以知道d处生成大量的水，氢离子移向的电极为原电池的正极，所以c电极是通入的氧气，b口通入的物质为甲烷，电极Ⅰ是负极，甲烷在负极发生氧化反应，电极方程式为CH4-8e-+2H2O＝ CO2↑+8H+，故答案为：b；负；CH4-8e-+2H2O＝ CO2↑+8H+；

（2）①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为p2的CO转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即p1＜p2；故答案为：＜；

②a．该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化，说明容器中气体的物质的量不变，能够说明该反应已达到平衡，不选；b．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，表示正反应速率等于逆反应速率，能够说明该反应已达到平衡，不选；c．一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变，能够说明该反应已达到平衡，不选；d．一定条件下，单位时间内消耗1 mol CO，同时生成l mol CH3OH，均表示正反应速率，不能说明该反应已达到平衡，选；故选d；

③根据图像，温度T1＞T2，升高温度，CO的转化率增大，平衡正向移动，H2的浓度减小，在T1 、T2温度下，H2的浓度随时间变化的曲线为，故答案为：；

（3）2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJ•moL-1 （1），N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+67.7kJ•moL-1（2），将方程式（1）×2-（2）得4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=2（-483.6kJ•moL-1）-（+67.7kJ•moL-1）=-1034.9 kJ•moL-1，故答案为：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1034.9 kJ•moL-1。

考点：考查了热化学方程式的书写、燃料电池的原理、化学平衡的影响因素等相关知识。