Question

【题目】每到冬季，雾霾天气肆虐京津冀等地区。其中，燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。

(l)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0。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＝－867 kJ/mol ①

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol ②

H2O(g)＝H2O(l) △H＝－44.0 kJ/mol ③

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。

①碱性介质中甲烷燃料电池的负极反应式_________________________。

②如果电路上有0.1mol电子通过，理论上消耗标准状况下氧气的体积为_______。

（4）已知燃料电池的比能量与单位质量的燃料失去的电子数成正比。理论上，氢气、甲烷、甲醇燃料电池的比能量从大到小的顺序是_________。

Answer 1

【答案】 bd CH4(g)+ N2O4(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－898.1 kJ/mol CH4-8e－+10OH－＝CO32－+7H2O 0.56L 氢气、甲烷、甲醇

【解析】

（1）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则

a．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，a错误；

b．NO的浓度随着反应的进行逐渐减小，达到化学平衡后NO的浓度不再发生变化，b正确；

c．t1时刻后CO2、CO的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，c错误；

d．t1时刻NO的质量分数为定值，说明NO的浓度、百分含量不再变化，即t1时刻已经达到平衡状态，d正确。

答案选bd；

（2）已知：

CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol ①

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol ②

H2O(g)＝H2O(l) △H＝－44.0 kJ/mol ③

根据盖斯定律，①-②+③×2可得反应CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－898.1 kJ/mol；

（3）①原电池中负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，碱性条件下，发生氧化反应生成碳酸根和水，负极电极反应式为CH4-8e－+10OH－＝CO32－+7H2O；

②1mol氧气得到4mol电子，如果电路上有0.1mol电子通过，则根据电子得失守恒可知消耗氧气的物质的量是0.1mol÷4＝0.025mol，标准状况下氧气的体积为0.025mol×22.4L/mol＝0.56L；

（4）已知燃料电池的比能量与单位质量的燃料失去的电子数成正比，如果质量均是1g，则氢气、甲烷、甲醇失去电子的物质的量分别是、、，所以需要理论上，氢气、甲烷、甲醇燃料电池的比能量从大到小的顺序是氢气、甲烷、甲醇。