Question

（14分）近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中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)2CO₂(g)+ N₂(g)。在密闭容器
中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图1所示。据此判断：
①该反应的△H        0（填“＜”或“＞”）。
②在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v (N₂)为          。
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列图2中正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是         （填字母编号）。
             
图1                                图2
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气中含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x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(l)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100mL 1 mol/L食盐
水的装置，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该燃料电池的负极反应式为        。
②电解后溶液的pH约为             （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约为           L。

Answer 1

（14分）（每空2分）（1）①＜   ②0.025mol/(L·s)  ③c
（2）N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g)  △H=－898.1kJ/mol
（3）①CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺   ②14   ③1.68

试题分析：（1）①根据化学平衡中“先拐先平”的规律，T₁>T₂,则温度升高，二氧化碳浓度减小，说明升温平衡逆向移动，所以正向是放热反应△H<0；
②2s内二氧化碳的浓度增加0.1mol/L，则氮气的浓度增加0.05mol/L，所以v (N₂)=0.05mol/L/2s=0.025mol/(L·s)；
③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；c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c。
（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。