Question

【題目】甲烷在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

(1)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-574kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2

若在相同條件下，1molCH4還原NO2至N2，整個(gè)過(guò)程中放出的熱量為867kJ，則H2=_________。

(2)用CH4催化還原NO，欲提高N2的平衡產(chǎn)率，應(yīng)該采取的措施是_______(填序號(hào))。

A．升高溫度 B．增大壓強(qiáng) C．降低溫度 D．降低壓強(qiáng)

(3)一定溫度下，在初始體積為2L恒壓密閉容器中通入1molCH4和4molNO(假設(shè)只發(fā)生反應(yīng)②)，20min后該反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得容器中N2的物質(zhì)的量為0.8mol。則從反應(yīng)開(kāi)始至剛達(dá)到平衡用NO表示的反應(yīng)速率v(NO)=________________，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______________。(答案可用分?jǐn)?shù)表示)

(4)為了提高CH4和NO轉(zhuǎn)化為N2的產(chǎn)率，種學(xué)家尋找了一種新型的催化劑。將CH4和NO按一定比例、一定流速通過(guò)裝有上述新型催化劑的反應(yīng)器中，測(cè)得N2的產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示，OA段N2產(chǎn)率增大的原因是_________。

(5)對(duì)于反應(yīng)②而言，不同溫度下，CH4的濃度變化如圖所示，下列說(shuō)法正確的是__________(填序號(hào))。

A．T1大于T2

B．c時(shí)二氧化碳的濃度為0.2mol/L

C．a點(diǎn)正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率

D．a點(diǎn)的反應(yīng)速率一定比c點(diǎn)的反應(yīng)速率小

(6)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和Ｏ2，電解質(zhì)為KOH溶液，該甲烷燃料電池中，負(fù)極反應(yīng)方程式為_______。

Answer 1

【答案】-1160kJ/mol C 0.04mol/(L·min) OA段隨著溫度的升高，催化劑的活性增強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，因此氮?dú)獾漠a(chǎn)率逐漸增大 C CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算。

(2)根據(jù)勒夏特列原理判斷。

(3)根據(jù)三段式法計(jì)算。

(4)氮?dú)獾漠a(chǎn)率與速率有關(guān)，而速率與催化劑、溫度相關(guān)。

(5)根據(jù)圖象判斷。

(6)根據(jù)堿性環(huán)境，可以知道CO2最終轉(zhuǎn)化為CO32-。

(1)在相同條件下，1molCH4還原NO2至N2，整個(gè)過(guò)程中放出的熱量為867kJ，則③2CH4(g)+4NO2(g)=2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)H3=-1734kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，②=③-①，所以H2=H3-H1=-1160kJ/mol。

(2)反應(yīng)CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O為放熱、體積不變的可逆反應(yīng)，欲使N2的平衡產(chǎn)率提高，可使平衡正向進(jìn)行，則反應(yīng)條件是降低溫度，答案為C。

(3)根據(jù)三段式法：

由于反應(yīng)前后體積不變，因此，反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡用NO來(lái)表示的反應(yīng)速率v(NO)==0.04mol/(Lmin)。根據(jù)平衡常數(shù)的定義，代入數(shù)據(jù)，得到K=。

(4)氮?dú)獾漠a(chǎn)率與速率有關(guān)，而速率與催化劑、溫度相關(guān)。當(dāng)溫度升高時(shí)，催化劑的活性増強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，因此氮?dú)獾漠a(chǎn)率逐漸增大。

(5)A．根據(jù)圖象，相同時(shí)間內(nèi)，T2比T1反應(yīng)進(jìn)行的程度大，因此T2＞T1，Ａ說(shuō)法錯(cuò)誤；

B．c點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)換的濃度為1.2mol/L，因此二氧化碳的濃度也是1.2mol/L，B說(shuō)法錯(cuò)誤；

C．在同一溫度未達(dá)平衡前，a點(diǎn)反應(yīng)物濃度大于b點(diǎn)反應(yīng)物濃度，a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的正反應(yīng)速率；未達(dá)平衡時(shí)，b點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，所以a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，C說(shuō)法正確；

D．a點(diǎn)所處的溫度低于c點(diǎn)所處的溫度，但a點(diǎn)的反應(yīng)物的濃度大于c點(diǎn)的反應(yīng)物濃度，因此兩點(diǎn)的速率無(wú)法比較，說(shuō)法錯(cuò)誤；

答案為C。

(6)根據(jù)堿性環(huán)境，可以知道CO2最終轉(zhuǎn)化為CO32-，根據(jù)得失電子守恒和物料守恒，可以得出負(fù)極電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。