Question

2013年初，霧霾天氣多次肆虐天津、北京等地區。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：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol
2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol
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略（2分） ② bd （2分）
（2）CH₄(g)+N₂O₄(g) ==N₂(g) +2H₂O(g) + CO₂(g) △H=" —898.1kJ/mol" （3分）
（3）①CH₄ —8e^— + 2H₂O =CO₂ + 8H⁺  （2分）
②14 （2分）       ③ 1.68L（3分）

解析試題分析：
（1）①根據平衡常數公式：
②體系為絕熱、恒容，說明與外界沒有能量的交換。隨著反應的進行，體系的熱量會升高。
b、隨反應進行溫度升高，平衡向左移動，K值降低。
d、當NO的質量分數不變時，說明達到平衡。
（2）根據蓋斯定律：CH₄(g)+N₂O₄(g) ==N₂(g) +2H₂O(g) + CO₂(g) △H= —898.1kJ/mol
（3）①CH₄在負極是失電子變為CO₂。 所以，CH₄ —8e^— + 2H₂O =CO₂ + 8H⁺
②第一階段先電解HCl，后電解水。先是0.1molCl-放電，生成Cl₂,而生成的H₂有0.1mol,即有0.2mol的H⁺產生，則有后0.1mol的H⁺放電時是由水電離出氫氧根，剛好有0.1molOH^-生成，即氫陽根濃度為1mol/L，故PH為14。
③陽極反應：Cl^- - 2e^- = Cl₂
                  4OH^- - 4e^- = 2H₂O +O₂
總共轉移0.2mol電子，生成0.05molCl₂和0.025molO₂，總體積為1.68L。
考點：本題考查了化學平衡常數書寫，熱化學反應方程式書寫，電極反應方程式書寫，電極反應計算等知識，整體難度不大。