Question

(14分)2013年初，雾霾天气多次肆虐天津、北京等地区。其中，燃煤和汽车尾气是
造成空气污染的原因之一。
(l)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)△H <0
①该反应平衡常数表达式____________________________
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)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol        ①
2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol         ②
H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ/mol            ③
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O（1）的热化学方程式：_____________________。
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mLlmol/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

（14分）
（1）①K=c²(CO₂)·c(N₂)
c²(NO)c²(CO)     （2分）
②bd（2分）
（2）N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g) △H=－898.1kJ/mol（3分）
（3）①CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺  （2分）
②14 （2分）
③1.68（3分）

试题分析：（1）①根据化学平衡常数的定义得该反应的K= c²(CO₂)·c(N₂)
c²(NO)c²(CO)
②图a中t₁时刻说明正反应速率最大，因为该反应为放热反应，容器为绝热容器，所以开始时相当于给体系升温，温度升高，反应速率加快，但同时升温不利于正反应的进行，所以正反应速率后来又逐渐减小，当正反应速率不再变化时说明达平衡状态，因此t₁时刻未达到平衡状态；b图，因为该反应为放热反应，容器为绝热容器，所以开始时相当于给体系升温，温度升高，有利于反应逆向进行，K值减小，达平衡时K不再减小，正确；c图中t₁时刻的一氧化碳和二氧化碳的物质的量相等，不能说明t₁时刻达到平衡状态；d图中t₁时刻NO的质量分数不再变化，说明已达平衡状态，正确，答案选bd。
（2）根据盖斯定律，目标方程式=①-②+2×③，所以CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的热化学方程式为N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g) △H=－898.1kJ/mol
（3）①燃料电池中的负极是燃料发生氧化反应，所以该燃料电池的负极反应式为
CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺
②食盐水中的Cl^-的物质的量是0.1mol，若按电解食盐水的化学方程式中2NaOH～H₂～Cl₂，当生成0.1mol氢气时，应生成0.1mol氯气，与题意不符，所以电解食盐水开始是Cl^-和H⁺放电，Cl^-放电完毕后是OH^－放电，因此溶液中氢氧化钠的物质的量为0.05mol×2=0.1mol，所以
c(OH^－)=0.1mol/0.1L=1mol/L，溶液pH=14；
③根据②的分析，阳极产生0.05mol的氯气和0.025mol的氧气，所以标准状况下的体积是1.68L。