Question

【题目】汽车尾气作为空气污染的主要来源之一，其中含有大量的有害物质，包括CO、NOx、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等．为汽车尾气的治理，环境工作者面临着巨大的挑战．试回答以下问题：
（1）用CH4催化还原NO，可以消除氮氧化物的污染．已知： ①CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣1160kJmol﹣1
②CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣574kJmol﹣1
由CH4将NO2完全还原成N2 ， 生成CO2和水蒸气的热化学方程式是 ．
（2）NOx也可以被NaOH溶液吸收而生成NaNO3、NaNO2 ， 已知某温度下，HNO2的电离常数K=﹣9.7×10﹣4 ， NO2﹣的水解常数K=﹣8.0×10﹣10 ， 则该温度下水的离子积常数=（用含Ka、Kb的代数式表示），此时溶液的温度25℃（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）化工上利用CO合成甲醇，反应的热化学方程式为CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJmol﹣1 ． 不同温度下，CO的平衡转化率与压强的关系如图1所示，图中T1、T2、T3的高低顺序是 ， 理由是 ．
（4）化工上还可以利用CH3OH生产CH3OCH3 ． 在体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）．

容器换号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH2（g）	H2O（g）
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

该反应的正反应为反应（填“放热”或“吸热”）．若起始时向容器I中充入CH3OH 0.15mol、CH3OCH30.15mol和H2O 0.10mol，则反应将向方向进行（填“正”或“逆”）．
（5）CH3OH燃料电池在便携式通讯设备、汽车等领域有着广泛的应用．已知电池工作时的总反应方程式为2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O，电池工作时的示意图如图2所示．质子穿过交换膜移向电极区（填“M”或“N”），负极的电极反应式为 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H=﹣867kJ?mol﹣1
（2）Ka×Kh；＞
（3）T1＜T2＜T3；该反应为放热,温度越高,反应物的转化率越低
（4）放热；正
（5）N； CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+
【解析】解：（1）CH4（g）+4NO2（g）4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣574kJmol﹣1①

CH4（g）+4NO（g）2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣1160kJmol﹣1②

将方程式 CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H= kJ/mol=﹣867kJmol﹣1，

所以答案是：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H=﹣867kJmol﹣1；（2）NO2﹣+H2OHNO2+OH﹣，Kh= = × = ，则Kw=Kh×Ka=8.0×10﹣10molL﹣1×9.7×10﹣4molL﹣1=7.76×10﹣13，＞常温下Kw=10﹣14，温度高于常温，＞25°C，

所以答案是：Ka×K；＞；（3）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，图中T1、T2、T3的高低顺序T1＜T2＜T3，

所以答案是：T1＜T2＜T3，该反应为放热，温度越高，反应物的转化率越低；（4）对比I、Ⅱ可知，升高温度CH3OCH3（g）的物质的量减小，说明平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，则正反应为放热反应，容器Ⅰ中平衡时c（CH3OCH3）=c（H2O）= =0.080mol/L，c（CH3OH）= =0.04mol/L，容器Ⅰ中化学平衡常数K1= =4，此时浓度商Qc= =0.67＜K=4，反应向正反应进行，

所以答案是：放热，正；（5）图分析可知a端电极N为正极，质子穿过交换膜移向N电极，M电极为负极，负极是甲醇失电子发生氧化反应，依据电池反应和酸性环境，2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，负极电极反应为：CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+，所以答案是：N，CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+．

【考点精析】本题主要考查了化学平衡状态本质及特征和化学平衡的计算的相关知识点，需要掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能正确解答此题．