Question

【题目】雾霾天气肆虐给人类健康带来了严重影响．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）+2CO2CO2（g）+N2（g）△H＜O

①反应的速率时间罔像如图1所示．若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，其速率时间图象如图2所示．以下说法正确的是 （填对应字母）．

A．a1＞a2

B．b1＜b2

C．t1＞t2

D．图2中阴影部分面积更大

E．图1中阴影部分面积更大

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 （填代号）

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原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=﹣867kJ/mol

2NO2（g）N2O4（g）△H=﹣56.9kJ/mol H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44.0kJ/mol

写出CH4催化还原N2O4（g）生成N2和H2O（l）的热化学方程式： ．

（3）CH4和H2O（g） 在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2，该反应在不同温度下的化学平衡常数如表：

温度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	276.5	1771.5

①该反应是 反应（填“吸热”或“放热”）．

②T℃时，向1L密闭容器中投人l mol CH4和l mol H2O（g），平衡时c（CH4）=0.5mol/L，该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数K= ．

（4）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．如图是利用甲烷燃料电池电解100ml1mol/L食盐水，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甲烷燃料电池的负极反应式：

②电解后溶液的pH= （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是 L．

Answer 1

【答案】（1）①BC；②BD；

（2）CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol；

（3）吸热；②K===6.75；

（4）CH4﹣8e﹣+2H2O=CO2+8H+；②14；③1.68。

【解析】

试题分析：（1）①使用催化剂，只加快反应速率，达到平衡所用时间少，因此a1<a2，b2>b1，t1>t2，催化剂对化学平衡无影响，两个阴影面积相等，故选项BC正确；②A、正反应是放热反应，容器是绝热容器，随着反应进行，温度升高，反应速率增大，当达到平衡反应速率不再改变，但根据图像t1时刻后，反应速率还在改变，说明t1时刻没有达到平衡，故错误；B、t1时刻，不再改变，说明反应达到平衡，故正确；C、t1时刻，达到平衡，物质的量不再改变，但根据图像，t1时刻后，物质的量还在发生变化，说明没有达到平衡，故错误；D、根据化学平衡状态的定义，达到平衡，体积分数不再改变，根据图像，t1时刻达到平衡，故正确；(2)①CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），②2NO2（g）N2O4（g），③H2O（g）=H2O（l），CH4＋N2O4=N2＋2H2O＋CO2，因此是①－②＋3×③，得出： CH4（g）+N2O4（g）═N2（g）+2H2O（l）+CO2（g）△H=﹣898.1kJ/mol；(3)①化学平衡常数只受温度的影响，根据表格数据，随着温度的升高，平衡常数增大，说明向正反应方向进行，即正反应是吸热反应；

② CH4+H2OCO+3H2

起始：1 1 0 0

变化：x x x 3x

平衡：1－x 1－x x 3x，

根据甲烷的浓度求出x=0.5，K=c3(H2)×c(CO)/[c(H2O)×C(CH4)]= =6.75；（4）①环境是酸性，因此负极反应式为CH4＋2H2O－8e－=CO2＋8H＋；② 电解饱和食盐水：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，100×10－3×1molNaCl全部电解，产生氢气的物质的量为0.05mol，电解完NaCl后，电解一部分水，2H2O2H2↑＋O2↑，产生n(OH－)=0.05×2mol=0.1mol ，c(OH－)=0.1×100×10－3mol·L－1=1，则c(H＋)=10－14mol·L－1，即pH=14；③根据②的分析，阳极上产生气体的体积为(0.05＋0.05/2)×22.4L=1.68L。