Question

霧霾已經(jīng)嚴(yán)重影響我們的生存環(huán)境�；鹆Πl(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)造成環(huán)境污染。

圖22-1                   圖22-2                      圖22-3

（1）利用甲烷催化還原NO_x：

①CH₄(g) + 4NO₂(g) = 4NO(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)   △H₁=-574kJ•mol^-1 

②CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)   △H₂=-1160kJ•mol^-1

甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為                    。

（2）將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：

CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)   △H₃

①取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1∶3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH) 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線（見圖22-1），則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃        0（填“＞”、“＜”或“=”）。

②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖22-2所示。

下列說(shuō)法正確的是     （填字母代號(hào)）。

A．第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)c(CH₃OH) =1.5 mol/L

B．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.75

C．0～10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.075mol/（L•min）

D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為3/16

E．升高溫度將使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大

（3）某種脫硫工藝中將煙氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥。設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1∶1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程為               。

（4）電化學(xué)降解NO₃^- 的原理如題22-3圖所示。

①電源正極為        (填“A”或“B”)，陰極反應(yīng)式為                      。

②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(△m_左－△m_右)為      g。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-867kJ•mol^-1  （2）①＜ ② B

（3）12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃

（4）①A， 2NO₃^-+6H₂O+10e^-＝N₂↑+12OH^-    ②7.2

【解析】

試題分析：（1）（①+②）÷2可得：CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-867kJ•mol^-1

（2）①  由甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH) 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線可以看出：當(dāng)升高溫度時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)反應(yīng)移動(dòng)，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H＜0. ②  CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)由圖可知：反應(yīng)的容器容積為1L，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10分鐘時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為0.75. CH₃OH的平衡濃度為0.75mol/L.A. 此時(shí)若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，假如平衡不發(fā)生移動(dòng)，由于C（CO₂）C(H₂)都是原來(lái)的2倍，則再次達(dá)到平衡時(shí)c(CH₃OH) =1.5 mol/L。而實(shí)質(zhì)上這是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不等的可逆反應(yīng)，增大反應(yīng)物的濃度，也就增大了壓強(qiáng)。增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡向氣體體積減小的方向即正反應(yīng)方向移動(dòng)。所以當(dāng)達(dá)到新的平衡時(shí)c(CH₃OH)大于1.5 mol/L。錯(cuò)誤。B.由于在反應(yīng)中CO₂和H₂是按照1:3關(guān)系反應(yīng)的，投入量也是按照1:3加入的，所以再次達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，仍為0.75。正確。C．0～10分鐘內(nèi)，V(CO₂)= ΔC/Δt=0.75mol/L÷10min= 0.075mol/( L•min) .V(H₂): V(CO₂)=3:1,所以V(H₂) =3 V(CO₂)= 3×0.075mol/( L•min) = 0.225mol/( L•min).錯(cuò)誤。D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值K={ c(CH₃OH)·c(H₂O)}÷{ c(CO₂)·c³(H₂)}= (0.75×0.75) ÷{0.25×(3-0.75)³}=0.1975.錯(cuò)誤.E.由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度將使平衡逆向移動(dòng)，n(CH₃OH)/n(CO₂)減小。錯(cuò)誤。正確選項(xiàng)為B。（3）該反應(yīng)的化學(xué)方程為12NH₃+3O₂+4SO₂+ 4NO₂+6H₂O= 4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃（4）①  由于NO₃^- →N₂ ，得到電子，所以應(yīng)該接電源的負(fù)極，作陰極。即A為電源的正極，B為電源的負(fù)極。陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+10e-+6H₂O=N₂↑+12OH-。②  電解池右側(cè)NO₃^-轉(zhuǎn)化成N₂，發(fā)生還原反應(yīng)：2 NO₃^-+10e^－+6H₂O = N₂↑+ 12OH^－ ，其電極應(yīng)為陰極，則左側(cè)發(fā)生 氧化反應(yīng)：2H₂O―4 e^－ =O₂↑+4H⁺，其電極作陽(yáng)極，與其相連的A端為電源的正極；轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，左側(cè)減少0.1molN₂，2.8g，右側(cè)生成0.25molO₂,8g，1molH⁺，由于H+可通過(guò)質(zhì)子交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，則右側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：2.8g-1g=1.8g，左側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：8g+1g=9g，則兩側(cè)質(zhì)量差為9g -1.8g=7.2g。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律、外界條件對(duì)化學(xué)速率、化學(xué)平衡的影響及電化學(xué)降解NO₃^- 的原理等的知識(shí)。