Question

【题目】甲烷(CH4)是一种温室气体，NO是常见大气污染物，为消除空气中少量的CH4和NO，工业上可以设计如下反应：CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，在温度为T1和T2时，分别将0.40 mol CH4和1.60 mol NO充入体积为2 L的恒容密闭容器中，n(CH4)随反应时间的变化如图所示：

(1)根据上图判断该反应的T1________T2。(填“>”“<”或“＝”)

(2)温度为T1，0～10 min内NO的平均反应速率v(NO)＝___________，反应开始和平衡时容器的压强之比为___________。

(3)温度为T2，反应达到平衡时，NO的转化率为___________(保留3位有效数字)

(4)下列条件的改变不能加快反应速率的是___________。(填字母)

A.加入合适的催化剂 B.缩小容器体积

C.将CH4由0.4 mol改为0.8 mol D.分离出产物CO2

(5)CH4是重要的化石能源，完全燃烧生成CO2和H2O，放出大量热。若以熔融的K2CO3为电解质，可以设计成一种高温燃料电池，正极通入的气体是空气和CO2，负极反应式为：_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】< 0.02mol·L-1·min-1 1:1 62.5% D CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O

【解析】

(1)根据图像可知，T2温度下反应更快，先达到平衡，说明温度更高；

(2)M点CH4反应了0.1mol ，可以算出v(CH4)，再根据v(NO)=4v(CH4)计算即可；恒温恒容时，压强之比等于物质的量之比，根据反应方程式可知，该反应前后气体物质的量不变的反应，所以压强不变；

(3)根据图，T2时CH4为0.15mol，说明CH4反应了0.25mol，则NO反应1mol；

(4)A. 催化剂能加快反应速率；

B. 缩小体积相当于增大压强，加快反应速率；

C. 增大了反应物CH4的浓度，加快反应速率；

D. 分离出产物CO2，并没有增大反应物浓度，不能加快反应速率；

(5)负极是CH4发生氧化反应。

(1)根据图像可知，T2温度下反应更快，先达到平衡，说明温度更高，所以T1<T2，故答案为：<；

(2)M点CH4反应了0.1mol ，可以算出v(CH4)== 0.005mol·L-1·min-1，所以v(NO)=4v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1；恒温恒容时，压强之比等于物质的量之比，根据反应方程式可知，该反应前后气体物质的量不变的反应，所以压强不变，压强之比为1:1；

故答案为：0.02mol·L-1·min-1；1:1；

(3)根据图，T2时CH4为0.15mol，说明CH4反应了0.25mol，则NO反应1mol，NO转化率为：×100% = 62.5%，故答案为：62.5%；

(4)A. 催化剂能加快反应速率，A不符合题意；

B. 缩小体积相当于增大压强，加快反应速率，B不符合题意；

C. 增大了反应物CH4的浓度，加快反应速率，C不符合题意；

D. 分离出产物CO2，并没有增大反应物浓度，不能加快反应速率，D符合题意；

故答案为：D；

(5)负极是CH4发生氧化反应，反应式为：CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O，故答案为：CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O。