Question

【題目】甲烷在工農業(yè)生產、生活中有著重要作用，請回答下列問題。

(1)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H1=-574kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H2

若在相同條件下，1molCH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為867kJ，則H2=_________。

(2)用CH4催化還原NO，欲提高N2的平衡產率，應該采取的措施是_______(填序號)。

A．升高溫度 B．增大壓強 C．降低溫度 D．降低壓強

(3)一定溫度下，在初始體積為2L恒壓密閉容器中通入1molCH4和4molNO(假設只發(fā)生反應②)，20min后該反應達到平衡，測得容器中N2的物質的量為0.8mol。則從反應開始至剛達到平衡用NO表示的反應速率v(NO)=________________，該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_______________。(答案可用分數(shù)表示)

(4)為了提高CH4和NO轉化為N2的產率，種學家尋找了一種新型的催化劑。將CH4和NO按一定比例、一定流速通過裝有上述新型催化劑的反應器中，測得N2的產率與溫度的關系如圖所示，OA段N2產率增大的原因是_________。

(5)對于反應②而言，不同溫度下，CH4的濃度變化如圖所示，下列說法正確的是__________(填序號)。

A．T1大于T2

B．c時二氧化碳的濃度為0.2mol/L

C．a點正反應速率大于b點的逆反應速率

D．a點的反應速率一定比c點的反應速率小

(6)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和Ｏ2，電解質為KOH溶液，該甲烷燃料電池中，負極反應方程式為_______。

Answer 1

【答案】-1160kJ/mol C 0.04mol/(L·min) OA段隨著溫度的升高，催化劑的活性增強，化學反應速率加快，因此氮氣的產率逐漸增大 C CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算。

(2)根據(jù)勒夏特列原理判斷。

(3)根據(jù)三段式法計算。

(4)氮氣的產率與速率有關，而速率與催化劑、溫度相關。

(5)根據(jù)圖象判斷。

(6)根據(jù)堿性環(huán)境，可以知道CO2最終轉化為CO32-。

(1)在相同條件下，1molCH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為867kJ，則③2CH4(g)+4NO2(g)=2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)H3=-1734kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，②=③-①，所以H2=H3-H1=-1160kJ/mol。

(2)反應CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O為放熱、體積不變的可逆反應，欲使N2的平衡產率提高，可使平衡正向進行，則反應條件是降低溫度，答案為C。

(3)根據(jù)三段式法：

由于反應前后體積不變，因此，反應開始到達平衡用NO來表示的反應速率v(NO)==0.04mol/(Lmin)。根據(jù)平衡常數(shù)的定義，代入數(shù)據(jù)，得到K=。

(4)氮氣的產率與速率有關，而速率與催化劑、溫度相關。當溫度升高時，催化劑的活性増強，化學反應速率加快，因此氮氣的產率逐漸增大。

(5)A．根據(jù)圖象，相同時間內，T2比T1反應進行的程度大，因此T2＞T1，Ａ說法錯誤；

B．c點甲烷轉換的濃度為1.2mol/L，因此二氧化碳的濃度也是1.2mol/L，B說法錯誤；

C．在同一溫度未達平衡前，a點反應物濃度大于b點反應物濃度，a點的正反應速率大于b點的正反應速率；未達平衡時，b點的正反應速率大于b點的逆反應速率，所以a點的正反應速率大于b點的逆反應速率，C說法正確；

D．a點所處的溫度低于c點所處的溫度，但a點的反應物的濃度大于c點的反應物濃度，因此兩點的速率無法比較，說法錯誤；

答案為C。

(6)根據(jù)堿性環(huán)境，可以知道CO2最終轉化為CO32-，根據(jù)得失電子守恒和物料守恒，可以得出負極電極反應式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。