Question

【題目】每到冬季，霧霾天氣肆虐京津冀等地區。其中，燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一。

(l)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)△H＜0。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

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。

①堿性介質中甲烷燃料電池的負極反應式_________________________。

②如果電路上有0.1mol電子通過，理論上消耗標準狀況下氧氣的體積為_______。

（4）已知燃料電池的比能量與單位質量的燃料失去的電子數成正比。理論上，氫氣、甲烷、甲醇燃料電池的比能量從大到小的順序是_________。

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 氫氣、甲烷、甲醇

【解析】

（1）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。則

a．到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t1時刻V正最大，之后隨反應進行速率發生變化，未到達平衡，a錯誤；

b．NO的濃度隨著反應的進行逐漸減小，達到化學平衡后NO的濃度不再發生變化，b正確；

c．t1時刻后CO2、CO的物質的量發生變化，t1時刻未到達平衡狀態，c錯誤；

d．t1時刻NO的質量分數為定值，說明NO的濃度、百分含量不再變化，即t1時刻已經達到平衡狀態，d正確。

答案選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

根據蓋斯定律，①-②+③×2可得反應CH4(g)+N2O4(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－898.1 kJ/mol；

（3）①原電池中負極發生氧化反應，甲烷在負極通入，堿性條件下，發生氧化反應生成碳酸根和水，負極電極反應式為CH4-8e－+10OH－＝CO32－+7H2O；

②1mol氧氣得到4mol電子，如果電路上有0.1mol電子通過，則根據電子得失守恒可知消耗氧氣的物質的量是0.1mol÷4＝0.025mol，標準狀況下氧氣的體積為0.025mol×22.4L/mol＝0.56L；

（4）已知燃料電池的比能量與單位質量的燃料失去的電子數成正比，如果質量均是1g，則氫氣、甲烷、甲醇失去電子的物質的量分別是、、，所以需要理論上，氫氣、甲烷、甲醇燃料電池的比能量從大到小的順序是氫氣、甲烷、甲醇。