Question

【題目】霧霾天氣多次肆虐京、津、冀等地區(qū)，其中汽車尾氣和燃煤是造成空氣污染的原因之一。

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

①200 ℃(平衡常數K＝10)時，向10L的密閉容器中充入2mol CO2和1.5mol N2,經過10min測得該容器內有1mol CO2剩余，10min內用N2表示的平均反應速率為 ______________ ，10min時,氮氣的體積分數為____________，10min時反應是否達到平衡狀態(tài)?其理由是_______________ 。

②若該反應在恒溫恒容的密閉體系中進行，下列表達能表明反應已經達到化學平衡狀態(tài)的是（填代號）____。

a.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化

b.混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化

c.相同時間內生成相同物質的量的NO和CO

d.容器內氣體的壓強不隨時間的變化而變化

e.c(N2)不再變化的狀態(tài)

f.v(CO)=v(CO2)的狀態(tài)

（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環(huán)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

2NO2(g)N2O4(g) △H＝－56.9 kJ/mol

H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2（g）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。利用甲烷燃料電池電解200mL1mol/L食鹽水,電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24L（設電解后溶液體積不變）.

①電解后溶液的pH= _____________(忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應) 。

②電解后溶液中由水電離出來的c(H+)= __________。

（4）2017年5月18日中國首次海域可燃冰試采成功 ，“可燃冰”是一種晶體，晶體中平均每46個H2O分子構建成8個籠，每個籠內可容納1個CH4分子或1個游離的H2O分子．若晶體中每8個籠有6個容納了CH4分子；另外2個籠被游離的H2O分子填充，則“可燃冰”平均組成可表示為_____________，可燃冰的發(fā)現為我國在新世紀使用高效新能源開辟了廣闊的前景，你認為能開發(fā)利用的新能源還有___________（至少填寫兩種）。

Answer 1

【答案】 0.005mol·L-1·min-1 25% 是，因為10min時的Qc=K bde CH4(g)+N2O4(g) ==N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= —898.1kJ/mol 14 10-14 mol/L CH48H2O 氫能、太陽能

【解析】（1）本題考查化學反應速率的計算、化學平衡的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷，①2CO2(g)＋N2(g)=2CO(g)＋2NO(g)

起始量：2 1.5 0 0

變化量：1 0.5 1 1

10min： 1 1 1 1 根據化學反應速率數學表達式，v(N2)=0.5/(10×10)mol/(L·min)=0.005 mol/(L·min)，氮氣的體積分數為1/4×100%=25%，此時Qc= =1/10，此方程式是已知反應方程式的逆過程，此是化學平衡常數為1/10，即Qc等于平衡常數，說明達到平衡；①a、容器是恒容狀態(tài)，氣體體積不變，組分都是氣體，氣體質量不變，根據密度的定義，密度任何時刻都不變，因此不能說明反應達到平衡，故a錯誤；b、氣體質量不變，反應前氣體系數之和大于反應后氣體系數之和，根據M=m/n，因此平均摩爾質量不變說明反應達到平衡，故b正確；c、生成相同物質的量NO和CO，反應都是向逆反應方向進行，因此不能說明反應達到平衡，故c錯誤； d、反應前后氣體系數之和不相等，因此壓強不變，說明反應達到平衡，故d正確；e、根據化學平衡狀態(tài)的定義，因此c(N2)不再改變，說明反應達到平衡，故e正確；f、沒有指明反應進行的方向，因此不能說明反應達到平衡，故f錯誤；（2）考查熱化學反應方程式的計算，①CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)+2H2O(g)，②2NO2(g)N2O4(g)，③H2O(g) ＝ H2O(l)，CH4和N2O4反應方程式為CH4＋N2O4=N2＋2H2O，①－②＋2×③得到△H=(－867＋56.9－44×2)kJ·mol－1=－898.1kJ·mol－1，熱化學反應方程式為：CH4(g)+N2O4(g) =N2(g) +2H2O(l) + CO2(g) △H= -898.1kJ·mol－1；（3）考查pH的計算和水的離子積的應用，①電解飽和食鹽水的離子方程式為2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑，產生n(OH－)=2.24×2/22.4mol=0.2mol，其c(OH－)=0.2/200×10－3mol·L－1=1mol·L－1，溶液中c(H＋)=Kw/c(OH－)=10－14mol·L－1，即pH=14；②電解后溶液顯堿性，溶液中H＋完全是由水電離產生，因此水電離c(H＋)=10－14mol·L－1；（4）分子式的確定和新能源，根據信息，晶體中含有6個CH4和48個水分子，因此可燃冰的組成為CH4·8H2O，新能源還有氫能、太陽能、地熱能、風能等。