Question

2012年始，霧霾天氣無數次肆虐家鄉邯鄲。其中，燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)。△H＜0
①該反應平衡常數表達式                        
②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態的是               （填代號）。

（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題。
煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染。
已知：Ⅰ CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol
Ⅱ 2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol
Ⅲ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝ －44.0 kJ／mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的熱化學方程式：                   。
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mL1mol/L食鹽水,電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24L（設電解后溶液體積不變）.
①甲烷燃料電池的負極反應式：                                          。
②電解后溶液的pH=        (忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應)
③陽極產生氣體的體積在標準狀況下是       L

Answer 1

（1）①[CO₂]²[ N₂]/[ NO]²[CO]²② bd 
（2）CH₄(g)+N₂O₄(g) =N₂(g) +2H₂O(g) + CO₂(g) △H= —898.1kJ/mol
（3）①CH₄ —8e^— + 2H₂O =CO₂ + 8H⁺   ②14 ③ 1.68L

試題分析：（1）①根據化學平衡常數的書寫規律：生成物平衡濃度系數次冪的積比反應物平衡濃度系數次冪的積，寫出[CO₂]²[ N₂]/[ NO]²[CO]²；②a、可逆反應達平衡后正、逆速率相等且不再變化，由圖像知，t₁時刻V_正最大，隨反應進行速率發生變化，未到達平衡，錯誤；b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，圖象與實際符合，正確；c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發生變化，t₁時刻未到達平衡狀態，錯誤；d、隨著反應的進行NO的質量分數逐漸減小，t₁時刻NO的質量分數不變，處于平衡狀態，正確；答案bd；
（2）已知：Ⅰ CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol Ⅱ 2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol Ⅲ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝ －44.0 kJ／mol，根據蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ+Ⅲ×2得CH₄(g)+N₂O₄(g) =N₂(g) +2H₂O(g) + CO₂(g) △H= —898.1kJ/mol；
（3）①甲烷燃料電池中甲烷在負極發生氧化反應酸性條件下生成CO₂^-和H₂O，負極電極反應式為CH₄ —8e^— + 2H₂O =CO₂ + 8H⁺ ，②根據題意知，n(NaCl)=0.1mol該電解過程為先電解飽和食鹽水，后電解水，根據電解方程式2Cl^- + 2H₂O  H₂↑ + Cl₂↑ + 2OH^-，代入數據計算得n(OH^-)=0.1mol，濃度為1mol/L，電解后溶液的pH=14；③n(NaCl)=0.1mol，電解產生氯氣的物質的量為0.05mol，根據題意該電解過程為先電解飽和食鹽水，后電解水，電極反應式為2H⁺ + 2e^-=H₂↑  2Cl^- - 2e^-=Cl₂↑ 4OH^- - 4e^-=O₂↑ + 2H₂O，陰極產生的氫氣的物質的量為0.1mol，根據電子守恒可得：2n（H₂）=2n（Cl^-）+4n（O₂）代入數據計算得n（O₂）=0.025mol,陽極共產生氣體0.075mol,體積為1.68L。