Question

【題目】每到冬季，霧霾天氣肆虐京津冀等地區(qū)。其中，燃煤和汽車(chē)尾氣是造成空氣污染的原因之一。

(l)汽車(chē)尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0。若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________________（填代號(hào)）。

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原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

寫(xiě)出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O（l）的熱化學(xué)方程式__________________。

（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。

①堿性介質(zhì)中甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式_________________________。

②如果電路上有0.1mol電子通過(guò)，理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為_______。

（4）已知燃料電池的比能量與單位質(zhì)量的燃料失去的電子數(shù)成正比。理論上，氫氣、甲烷、甲醇燃料電池的比能量從大到小的順序是_________。

Answer 1

【答案】 bd CH4(g)+ N2O4(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－898.1 kJ/mol CH4-8e－+10OH－＝CO32－+7H2O 0.56L 氫氣、甲烷、甲醇

【解析】

（1）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱(chēng)為化學(xué)平衡狀態(tài)。則

a．到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時(shí)刻V正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，a錯(cuò)誤；

b．NO的濃度隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸減小，達(dá)到化學(xué)平衡后NO的濃度不再發(fā)生變化，b正確；

c．t1時(shí)刻后CO2、CO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；

d．t1時(shí)刻NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，說(shuō)明NO的濃度、百分含量不再變化，即t1時(shí)刻已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確。

答案選bd；

（2）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

根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2可得反應(yīng)CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－898.1 kJ/mol；

（3）①原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，堿性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根和水，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH4-8e－+10OH－＝CO32－+7H2O；

②1mol氧氣得到4mol電子，如果電路上有0.1mol電子通過(guò)，則根據(jù)電子得失守恒可知消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.1mol÷4＝0.025mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為0.025mol×22.4L/mol＝0.56L；

（4）已知燃料電池的比能量與單位質(zhì)量的燃料失去的電子數(shù)成正比，如果質(zhì)量均是1g，則氫氣、甲烷、甲醇失去電子的物質(zhì)的量分別是、、，所以需要理論上，氫氣、甲烷、甲醇燃料電池的比能量從大到小的順序是氫氣、甲烷、甲醇。