Question

【題目】汽車尾氣作為空氣污染的主要來源之一，其中含有大量的有害物質，包括CO、NOx、碳氫化合物和固體懸浮顆粒等．為汽車尾氣的治理，環(huán)境工作者面臨著巨大的挑戰(zhàn)．試回答以下問題：
（1）用CH4催化還原NO，可以消除氮氧化物的污染．已知： ①CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣1160kJmol﹣1
②CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣574kJmol﹣1
由CH4將NO2完全還原成N2 ， 生成CO2和水蒸氣的熱化學方程式是 ．
（2）NOx也可以被NaOH溶液吸收而生成NaNO3、NaNO2 ， 已知某溫度下，HNO2的電離常數(shù)K=﹣9.7×10﹣4 ， NO2﹣的水解常數(shù)K=﹣8.0×10﹣10 ， 則該溫度下水的離子積常數(shù)=（用含Ka、Kb的代數(shù)式表示），此時溶液的溫度25℃（填“＞”“＜”或“=”）．
（3）化工上利用CO合成甲醇，反應的熱化學方程式為CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJmol﹣1 ． 不同溫度下，CO的平衡轉化率與壓強的關系如圖1所示，圖中T1、T2、T3的高低順序是 ， 理由是 ．
（4）化工上還可以利用CH3OH生產CH3OCH3 ． 在體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）．

容器換號	溫度（℃）	起始物質的量（mol）	平衡物質的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH2（g）	H2O（g）
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

該反應的正反應為反應（填“放熱”或“吸熱”）．若起始時向容器I中充入CH3OH 0.15mol、CH3OCH30.15mol和H2O 0.10mol，則反應將向方向進行（填“正”或“逆”）．
（5）CH3OH燃料電池在便攜式通訊設備、汽車等領域有著廣泛的應用．已知電池工作時的總反應方程式為2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O，電池工作時的示意圖如圖2所示．質子穿過交換膜移向電極區(qū)（填“M”或“N”），負極的電極反應式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H=﹣867kJ?mol﹣1
（2）Ka×Kh；＞
（3）T1＜T2＜T3；該反應為放熱,溫度越高,反應物的轉化率越低
（4）放熱；正
（5）N； CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+
【解析】解：（1）CH4（g）+4NO2（g）4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣574kJmol﹣1①

CH4（g）+4NO（g）2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣1160kJmol﹣1②

將方程式 CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H= kJ/mol=﹣867kJmol﹣1，

所以答案是：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）△H=﹣867kJmol﹣1；（2）NO2﹣+H2OHNO2+OH﹣，Kh= = × = ，則Kw=Kh×Ka=8.0×10﹣10molL﹣1×9.7×10﹣4molL﹣1=7.76×10﹣13，＞常溫下Kw=10﹣14，溫度高于常溫，＞25°C，

所以答案是：Ka×K；＞；（3）根據(jù)該反應為放熱反應，溫度越高CO的轉化率越小，圖中T1、T2、T3的高低順序T1＜T2＜T3，

所以答案是：T1＜T2＜T3，該反應為放熱，溫度越高，反應物的轉化率越低；（4）對比I、Ⅱ可知，升高溫度CH3OCH3（g）的物質的量減小，說明平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動，則正反應為放熱反應，容器Ⅰ中平衡時c（CH3OCH3）=c（H2O）= =0.080mol/L，c（CH3OH）= =0.04mol/L，容器Ⅰ中化學平衡常數(shù)K1= =4，此時濃度商Qc= =0.67＜K=4，反應向正反應進行，

所以答案是：放熱，正；（5）圖分析可知a端電極N為正極，質子穿過交換膜移向N電極，M電極為負極，負極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應，依據(jù)電池反應和酸性環(huán)境，2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，負極電極反應為：CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+，所以答案是：N，CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+．

【考點精析】本題主要考查了化學平衡狀態(tài)本質及特征和化學平衡的計算的相關知識點，需要掌握化學平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能正確解答此題．