Question

近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区．其中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）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）．在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）和时间（t）的变化曲线如图1所示．据此判断：

①该反应的△H______0（填“＜”或“＞”）．
②在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v（N₂）为______．
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，图2中正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是______（填字母编号）．
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题．煤燃烧产生的烟气中含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x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）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．图3是利用甲烷燃料电池电解100mL1mol/L食盐水的装置，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该燃料电池的负极反应式为______．
②电解后溶液的pH约为______（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约为______L．

Answer 1

（1）①由图1可知，温度T₁先到达平衡，故温度T₁＞T₂，温度越高平衡时，二氧化碳的浓度越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即为△H＜0，故答案为：＜；
②由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=

0.1mol/L

2s

=0.05mol/（L?s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=

1

2

v（CO₂）=

1

2

×0.05mol/（L?s）=0.025mol/（L?s），
故答案为：0.025mol/（L?s）；
③a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故b错误；
c、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故c正确，
故答案为：c；
（2）已知：①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol②2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
根据盖斯定律，①-②+③×2得：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），
故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）-44.0kJ?mol^-1×2=-898.1kJ/mol，
即CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-898.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H═-898.1kJ/mol；
（3）①、原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，酸性条件下，发生氧化反应生成CO₂、H⁺，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案为：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②由方程式：2NaCl+2H₂O

通电 .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
2 2 22.4
0.1L×1mol/L0.1 2.24L
由题可知：之后反应为直接电解水，溶液pH值不改变，C（H⁺）=

10-14

0.1 0.1

=10^-14，所以pH=14，
故答案为14；
③甲烷燃料电池电解100mL 1mol/L食盐水，溶液中n（Cl^-）=0.1mol，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L，物质的量为0.1mol，依据电解反应和电子守恒分析，阴极2H⁺+2e^-=H₂↑，电子转移0.2mol，阳极电极反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，0.1mol氯离子失电子0.1mol生成氯气0.05mol气体，所以氢氧根离子失电子0.1mol，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，转移0.1mol电子生成氧气0.025mol，共生成气体物质的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，标准状况气体体积=0.075mol×22.4L/mol=1.68L，
故答案为：1.68．