Question

【題目】甲烷(CH4)是一種溫室氣體，NO是常見大氣污染物，為消除空氣中少量的CH4和NO，工業(yè)上可以設(shè)計如下反應(yīng)：CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，在溫度為T1和T2時，分別將0.40 mol CH4和1.60 mol NO充入體積為2 L的恒容密閉容器中，n(CH4)隨反應(yīng)時間的變化如圖所示：

(1)根據(jù)上圖判斷該反應(yīng)的T1________T2。(填“>”“<”或“＝”)

(2)溫度為T1，0～10 min內(nèi)NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝___________，反應(yīng)開始和平衡時容器的壓強之比為___________。

(3)溫度為T2，反應(yīng)達到平衡時，NO的轉(zhuǎn)化率為___________(保留3位有效數(shù)字)

(4)下列條件的改變不能加快反應(yīng)速率的是___________。(填字母)

A.加入合適的催化劑 B.縮小容器體積

C.將CH4由0.4 mol改為0.8 mol D.分離出產(chǎn)物CO2

(5)CH4是重要的化石能源，完全燃燒生成CO2和H2O，放出大量熱。若以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，可以設(shè)計成一種高溫燃料電池，正極通入的氣體是空氣和CO2，負極反應(yīng)式為：_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】< 0.02mol·L-1·min-1 1:1 62.5% D CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O

【解析】

(1)根據(jù)圖像可知，T2溫度下反應(yīng)更快，先達到平衡，說明溫度更高；

(2)M點CH4反應(yīng)了0.1mol ，可以算出v(CH4)，再根據(jù)v(NO)=4v(CH4)計算即可；恒溫恒容時，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，根據(jù)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，所以壓強不變；

(3)根據(jù)圖，T2時CH4為0.15mol，說明CH4反應(yīng)了0.25mol，則NO反應(yīng)1mol；

(4)A. 催化劑能加快反應(yīng)速率；

B. 縮小體積相當(dāng)于增大壓強，加快反應(yīng)速率；

C. 增大了反應(yīng)物CH4的濃度，加快反應(yīng)速率；

D. 分離出產(chǎn)物CO2，并沒有增大反應(yīng)物濃度，不能加快反應(yīng)速率；

(5)負極是CH4發(fā)生氧化反應(yīng)。

(1)根據(jù)圖像可知，T2溫度下反應(yīng)更快，先達到平衡，說明溫度更高，所以T1<T2，故答案為：<；

(2)M點CH4反應(yīng)了0.1mol ，可以算出v(CH4)== 0.005mol·L-1·min-1，所以v(NO)=4v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1；恒溫恒容時，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，根據(jù)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，所以壓強不變，壓強之比為1:1；

故答案為：0.02mol·L-1·min-1；1:1；

(3)根據(jù)圖，T2時CH4為0.15mol，說明CH4反應(yīng)了0.25mol，則NO反應(yīng)1mol，NO轉(zhuǎn)化率為：×100% = 62.5%，故答案為：62.5%；

(4)A. 催化劑能加快反應(yīng)速率，A不符合題意；

B. 縮小體積相當(dāng)于增大壓強，加快反應(yīng)速率，B不符合題意；

C. 增大了反應(yīng)物CH4的濃度，加快反應(yīng)速率，C不符合題意；

D. 分離出產(chǎn)物CO2，并沒有增大反應(yīng)物濃度，不能加快反應(yīng)速率，D符合題意；

故答案為：D；

(5)負極是CH4發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O，故答案為：CH4+4CO-8e-=5CO2+2H2O。