Question

【题目】雾霾天气多次肆虐京、津、冀等地区，其中汽车尾气和燃煤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)2CO2(g)+ N2(g) △H＜0

①200 ℃(平衡常数K＝10)时，向10L的密闭容器中充入2mol CO2和1.5mol N2,经过10min测得该容器内有1mol CO2剩余，10min内用N2表示的平均反应速率为 ______________ ，10min时,氮气的体积分数为____________，10min时反应是否达到平衡状态?其理由是_______________ 。

②若该反应在恒温恒容的密闭体系中进行，下列表达能表明反应已经达到化学平衡状态的是（填代号）____。

a.混合气体的密度不随时间的变化而变化

b.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

c.相同时间内生成相同物质的量的NO和CO

d.容器内气体的压强不随时间的变化而变化

e.c(N2)不再变化的状态

f.v(CO)=v(CO2)的状态

（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)+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) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

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

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。利用甲烷燃料电池电解200mL1mol/L食盐水,电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）.

①电解后溶液的pH= _____________(忽略氯气与氢氧化钠溶液反应) 。

②电解后溶液中由水电离出来的c(H+)= __________。

（4）2017年5月18日中国首次海域可燃冰试采成功 ，“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个H2O分子构建成8个笼，每个笼内可容纳1个CH4分子或1个游离的H2O分子．若晶体中每8个笼有6个容纳了CH4分子；另外2个笼被游离的H2O分子填充，则“可燃冰”平均组成可表示为_____________，可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景，你认为能开发利用的新能源还有___________（至少填写两种）。

Answer 1

【答案】 0.005mol·L-1·min-1 25% 是，因为10min时的Qc=K bde CH4(g)+N2O4(g) ==N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= —898.1kJ/mol 14 10-14 mol/L CH48H2O 氢能、太阳能

【解析】（1）本题考查化学反应速率的计算、化学平衡的计算、化学平衡状态的判断，①2CO2(g)＋N2(g)=2CO(g)＋2NO(g)

起始量：2 1.5 0 0

变化量：1 0.5 1 1

10min： 1 1 1 1 根据化学反应速率数学表达式，v(N2)=0.5/(10×10)mol/(L·min)=0.005 mol/(L·min)，氮气的体积分数为1/4×100%=25%，此时Qc= =1/10，此方程式是已知反应方程式的逆过程，此是化学平衡常数为1/10，即Qc等于平衡常数，说明达到平衡；①a、容器是恒容状态，气体体积不变，组分都是气体，气体质量不变，根据密度的定义，密度任何时刻都不变，因此不能说明反应达到平衡，故a错误；b、气体质量不变，反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和，根据M=m/n，因此平均摩尔质量不变说明反应达到平衡，故b正确；c、生成相同物质的量NO和CO，反应都是向逆反应方向进行，因此不能说明反应达到平衡，故c错误； d、反应前后气体系数之和不相等，因此压强不变，说明反应达到平衡，故d正确；e、根据化学平衡状态的定义，因此c(N2)不再改变，说明反应达到平衡，故e正确；f、没有指明反应进行的方向，因此不能说明反应达到平衡，故f错误；（2）考查热化学反应方程式的计算，①CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g)，②2NO2(g)N2O4(g)，③H2O(g) ＝ H2O(l)，CH4和N2O4反应方程式为CH4＋N2O4=N2＋2H2O，①－②＋2×③得到△H=(－867＋56.9－44×2)kJ·mol－1=－898.1kJ·mol－1，热化学反应方程式为：CH4(g)+N2O4(g) =N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= -898.1kJ·mol－1；（3）考查pH的计算和水的离子积的应用，①电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑，产生n(OH－)=2.24×2/22.4mol=0.2mol，其c(OH－)=0.2/200×10－3mol·L－1=1mol·L－1，溶液中c(H＋)=Kw/c(OH－)=10－14mol·L－1，即pH=14；②电解后溶液显碱性，溶液中H＋完全是由水电离产生，因此水电离c(H＋)=10－14mol·L－1；（4）分子式的确定和新能源，根据信息，晶体中含有6个CH4和48个水分子，因此可燃冰的组成为CH4·8H2O，新能源还有氢能、太阳能、地热能、风能等。