Question

【題目】2016年以來我國北方的“霧霾”污染日益嚴(yán)重。中科院“大氣灰霾追因與控制”項(xiàng)目針對北京強(qiáng)霾過程進(jìn)行分析，強(qiáng)霾過程中,出現(xiàn)了大量有毒有害的含氮有機(jī)顆粒物。燃煤和機(jī)動年尾氣是氮氧化物的主要來源。現(xiàn)在對其中的一些氣體進(jìn)行了一定的研究：

（1）用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

已知：

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ·mol-1

②OCH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(1)△H=-44.0kJ·mol-1

寫出CH4(g)與NO2(g)反應(yīng)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式_________________________。

（2）為了減輕大氣污染，人們提出在汽車尾氣排氣管口采用催化劑將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體參與大氣循環(huán)。T℃時,將等物質(zhì)的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中,保持溫度和體積不變,反應(yīng)過程中NO的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖所示。

①寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________。

②10min內(nèi)該反應(yīng)的速率v(N2)=___________;該反應(yīng)達(dá)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為___________;T℃時該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________。

③若該反應(yīng)△H<0,在恒容的密閉容器中,反應(yīng)達(dá)平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是________。

④一定溫度下,在恒容密閉容器中充入一定量NO和CO進(jìn)行該反應(yīng),能判斷反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____________。

a．容器中壓強(qiáng)不再變化 b．CO2的濃度不再改變

c．2v正(NO)=v逆(N2) d．氣體的密度保持不變

（3）以燃料電池為代表的新能源的推廣“使用能大大降低污染物的排放。如圖是一種甲醚燃料電池結(jié)構(gòu)，請寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：________________________________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955kJ·mol-1 2NO+2CO=N2+2CO2 0.005mol·L-1·min-1 50% 5 c ab CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

【解析】試題分析：本題為化學(xué)反應(yīng)原理綜合題，是高考必考題型，考查點(diǎn)涉及熱化學(xué)方程式的書寫、蓋斯定律，化學(xué)反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、計算和圖像分析，電池反應(yīng)式的書寫，題目難度中等。

（1）已知：①CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+ CO2（g）+2H2O（g） △H=-574kJ·mol-l；②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+ CO2（g）+ 2H2O（g） △H=-1160kJ·mol-l；③H2O（g）=H2O（1） △H=-44.0 kJ·mol-l。根據(jù)蓋斯定律：（①+②+③×2）÷2得CH4（g）與NO2（g）反應(yīng)生成N2（g）、CO2（g）和H2O（1）的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+ 4H2O(l) △H=-955kJ·mol-l 。

（2）① 采用催化劑將NO和CO轉(zhuǎn)化成無污染氣體二氧化碳和氮?dú)猓�該反�?yīng)的化學(xué)方程式為2NO+2CO=N2+2CO2。

②由圖像知10 min內(nèi)NO的物質(zhì)的量變化為（0.4-0.2）mol=0.2mol，由反應(yīng)方程式知N2的物質(zhì)的量變化為0.1mol，濃度變化為0.05mol/L，該反應(yīng)的速率v(N2)=0.05mol/L÷10min=0.005mol L-1 min-1；CO的物質(zhì)的量變化為0.2mol，起始CO的物質(zhì)的量和NO的物質(zhì)的量相同，均為0.4mol，該反應(yīng)達(dá)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.2mol/0.4mol×100%=50%；

利用三行式分析。2NO+2CO=N2+2CO2

起始濃度（mol/L）0.2 0.2 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.1 0.1 0.05 0.1

平衡濃度（mol/L）0.1 0.1 0.05 0.1

則T℃時該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c2(CO2)c(N2)/c2(NO)c2(CO)=5。

③a.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，K減小，與圖像不符，錯誤；b.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，與圖像不符，錯誤；c.平衡常數(shù)的影響因素為溫度，溫度不變，K不變，與圖像相符，正確；d.增大N2的濃度，平衡逆向移動，NO的轉(zhuǎn)化率降低，與圖像不符，錯誤；故選c。

④a．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量逐漸減小，根據(jù)阿伏伽德羅定律知容器中壓強(qiáng)逐漸減小，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；b．反應(yīng)達(dá)平衡后各物質(zhì)的濃度不變，若CO2的濃度不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；c．2v正(NO)=v逆(N2) ，正、逆反應(yīng)速率不相等，反應(yīng)維達(dá)平衡，錯誤； d．一定溫度下，在恒容密閉容器中，根據(jù)質(zhì)量守恒定律知容器內(nèi)氣體的質(zhì)量保持不變，氣體的密度不隨反應(yīng)的進(jìn)行而變化，密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；故選ab。

（3）堿性甲醚燃料電池中，甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)，生成碳酸根，利用原子守恒、電荷守恒配平，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O 。