Question

氮氧化物能造成光化學(xué)煙霧，引起大氣污染，用以下方法可以消除．

Ⅰ．活性炭還原法處理氮氧化物．若向2L密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度如下：

	NO	甲	乙
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）30min時(shí)改變的條件是

 

．若30min后升高溫度至T₂，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比為2：1：1，則反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”、“=”、“＞”）．
Ⅱ．以NO、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖1所示，在使用過程中石墨電極Ⅰ生成NO₂．
（4）石墨電極Ⅰ的反應(yīng)式為

 

；為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨電極Ⅱ電極處通入一種氧化物Y，Y是

 

（填物質(zhì)的化學(xué)式）．
Ⅲ．CH₄催化還原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
（5）寫出CH₄（g）與NO（g）反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式

 

．
（6）假設(shè)在某溫度下反應(yīng)①的速率（v₁）大于反應(yīng)②的速率（v₂）則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是

 

（填寫正確選項(xiàng)的字母）．

（7）恒溫恒容條件下，假設(shè)反應(yīng)①和②同時(shí)發(fā)生，且v₁＞v₂，請(qǐng)?jiān)谌鐖D2中畫出反應(yīng)體系中c（NO）隨時(shí)間t變化的總趨勢(shì)圖．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)的能量變化規(guī)律,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：Ⅰ．（1）反應(yīng)物為活性炭和NO，生成物甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，依此書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、乙的濃度減小，甲的濃度增大，說明改變條件是分離出乙物質(zhì)；
根據(jù)濃度比值的變化來確定移動(dòng)方向；
Ⅱ．（4）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)；
Ⅲ．（5）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，書寫熱化學(xué)方程式；
（6）反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）大于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則反應(yīng)Ⅱ的活化能較大；反應(yīng)①②都為放熱反應(yīng)，且反應(yīng)②放出的熱量多，結(jié)合圖象進(jìn)行分析判斷；
（7）反應(yīng)①和②同時(shí)發(fā)生，且v₁＞v₂，所以剛開始生成NO的速率快，隨著反應(yīng)②進(jìn)行，生成二氧化碳越來越多，促使反應(yīng)①平衡向左移動(dòng)，導(dǎo)致NO的量降低，直到達(dá)到平衡不再變化．

解答： 解：Ⅰ．（1）反應(yīng)物為活性炭和NO，生成物甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，故反應(yīng)方程式為：C+2NO?N₂+CO₂，故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
（2）20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案為：0.56；
（3）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、乙的濃度減小，甲的濃度增大，說明改變條件是分離出乙物質(zhì)；
30min時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比為2：1：1，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；分離出乙；
Ⅱ．（4）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO-2e^-+2NO₃^-═NO₂+N₂O₅，負(fù)極生成N₂O₅，為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨電極Ⅱ電極處通入N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅；
Ⅲ．（5）①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由②×2-①-③×2得CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-955）×2-（-622）-（-44）×2=-1200kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol；
（6）反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）大于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則反應(yīng)Ⅱ的活化能較大，故B、D錯(cuò)誤；反應(yīng)①②都為放熱反應(yīng)，且反應(yīng)②放出的熱量多，故A錯(cuò)誤，C正確；
故答案為：C；
 （7）反應(yīng)①和②同時(shí)發(fā)生，且v₁＞v₂，所以剛開始生成NO的速率快，隨著反應(yīng)②進(jìn)行，生成二氧化碳越來越多，促使反應(yīng)①平衡向左移動(dòng)，導(dǎo)致NO的量降低，直到達(dá)到平衡不再變化，故圖象為：，故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、原電池等，原電池原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)書寫，難度中等．