【題目】自2013年以來我國(guó)“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(duì)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(dòng)車尾氣是氮氧化物的上要來源。現(xiàn)在對(duì)其中的一些氣休進(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-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

寫出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_______。

(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(shí),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(shí)間變化如右圖所示。

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

②10 min內(nèi)該反應(yīng)的速率v(N2)=_______;該反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為________;T℃時(shí)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(qǐng)寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式_______________。

【答案】(1)CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+ 4H2O(l) △H=-955kJ·mol-l

(2)① 2NO+2CO=N2+2CO2 ② 0.005mol L-1 min-1 50% 5 ③ c a b

(3)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(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、計(jì)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),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(shí)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(shí)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(cuò)誤;b.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率降低,與圖像不符,錯(cuò)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(dòng),NO的轉(zhuǎn)化率降低,與圖像不符,錯(cuò)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(cuò)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(cuò)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 。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(2)已知水在25℃和95℃時(shí),其電離平衡曲線如下圖所示:

①則25℃時(shí)水的電離平衡曲線應(yīng)為________(填“A”或“B”)。

②95℃時(shí)水的離子積KW___________________。

③25℃時(shí),將pH=9的NaOH溶液與pH=4的H2SO4溶液混合,若所得混合溶液的pH=7,則NaOH溶液與H2SO4溶液的體積比為____________。

④95℃時(shí),若100體積pH1=a的某強(qiáng)酸溶液與1體積pH2=b的某強(qiáng)堿溶液混合后溶液呈中性,則混合前,該強(qiáng)酸的pH1與強(qiáng)堿的pH2之間應(yīng)滿足的關(guān)系是_____________。

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A.Na2O,CaO,Al2O3均為堿性氧化物
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(2)若取一定量的烴A完全燃燒后,生成CO2和H2O各3 mol,則有 g烴A參加了反應(yīng),燃燒時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣 L。

(3)若烴A不能使溴水褪色,但在一定條件下能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),其一氯取代物只有一種,則烴A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 。

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