Question

（14分）目前，消除氮氧化物污染有多种方法。

（1）用CH₄催化还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） ΔH＝－574 kJ·mol^－1

②CH₄（g）＋4NO（g）＝2N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g） ΔH＝－1160 kJ·mol^－1

③H₂O（g）＝H₂O（l） ΔH＝－44．0 kJ·mol^－1

写出CH₄ （g）与NO₂ （g）反应生成N₂ （g） ,CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程 式_____________________

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C（s）＋2NO（g） N₂（g）＋CO₂（g）某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T^。C）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是______________

A．容器内CO₂的浓度保持不变

B．v_正（N₂）=2 v_正（NO）

C．容器内压强保持不变

D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的平均相对分子质量保持不变

②在T^。C时．该反应的平衡常数为______________（保留两位小数）；

③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是______________

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50ml2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：

①甲烷燃料电池的负极反应式是：__________________________。

②当A中消耗0．05mol氧气时，B中________________极（填“a”或“b”）增重________________g。

Answer

（共14分）

⑴ CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（1） ,ΔH＝－955 kJ·mol－1。

⑵ ①B C ②0．56 ③减小CO2浓度

⑶ ①CH4-8e─+2H2O=CO2+8H+ ②b；6.4．

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律可知，①＋②＋③即得到CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－955 kJ·mol－1。（2） 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，所以选项B正确；根据方程式可知，反应前后体积是不变的，所以压强始终是不变的，则a不能说明；b中反应速率的方向相反，但不能满足速率之比是相应的化学计量数之比，不正确；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变化的；②反应进行到40min时，各种物质的浓度不再发生变化，说明反应已经达到平衡状态，则该反应的平衡常数K＝；③由表中的数据可以看到，在40min的时候，NO的浓度变小，说明反应向右进行，则N2和CO2增加，结果是只有N2增加，而CO2反而变小，只能说明是由于减小 CO2的浓度造成反应向右进行，且向右进行使CO2增加的量没有比CO2减小的量多。（3）燃料电池通氧气的极为正极，通CH4的极为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32- +7H2O，B是电解CuCl2溶液，阴极b上有铜析出，质量增重，0．15mol氧气时，转移电子为0．05mol×4=0．20mol，析出的Cu的物质的量为0．20mol÷2=0．10mol，质量为0．10mol×64g•mol-1=6．4g；

【考点定位】考查盖斯定律的应用、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、原电池反应中电极反应式的书写、酸碱混合溶液中物质浓度的计算及离子浓度大小比较的知识。

【名师点晴】本题（3）是考查电化学理论，涉及燃料电池和电解池，二池串联，原电池中转移电子数与电解池转移电子数目是相等的，可运用电子守恒解答有关计算，这类题一般先判断其中一个的电极，再去推导另一个池的电极，如本题可根据燃料电池能氧气的极为正极这一特殊知识点，去确定原子池的负极及电解池的阴、阳极，其中与正极相连的极为阳极，根据电解理论也就是氧化性和还原性的相对强弱去判断电解池的电极产物和电极反应，原电池的电极反应式书写时要综合考虑电解质溶液的影响，如本题甲烷燃烧的产物应该是CO2气体，但在碱性介质里要被碱溶液吸收，得到的是碳酸盐，将这些理论分析清楚再解题相对就容易得多了，总之学会分析问题才能更好地解决问题。