Question

18．工業(yè)上產(chǎn)生的氮氧化物可用天然氣來處理．
Ⅰ．已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁
        N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₂
        H₂O（l）=H₂O（g）△H₃
        CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=△H₁-△H₂+2△H₃（用△H₁、△H₂、△H₃）
Ⅱ．在溫度為T₁℃和T₂℃時(shí)，分別將0.50molCH₄和1.2molNO₂充入體積固定的2L密閉容器中，發(fā)生上述可逆反應(yīng)，測得不同時(shí)刻的n（CH₄）數(shù)據(jù)如下表：

溫度	時(shí)間/min n/mol	0	10	20	40	50
T1℃	n（CH4）	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2℃	n（CH4）	0.50	0.30	0.18	0.15	0.15

（1）分析上表中數(shù)據(jù)，下列說法正確的是BC
A．T₁℃、前10min，V（NO₂）=0.03mol/（L•min）
B．T₁℃、反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%
C．T₂℃、反應(yīng)在40min時(shí)處于平衡狀態(tài)
D．T₁＞T₂
（2）反應(yīng)的平衡常數(shù)K（T₁）＞K（T₂），△H＜0，理由是由表中數(shù)據(jù)可知，T₂時(shí)反應(yīng)速率較大，所以T₁＜T₂；升高溫度平衡逆向移動，可知K（T₁）＞K（T₂），所以正反應(yīng)放熱．
（3）T₁℃時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K為3.2．
（4）反應(yīng)在T₁℃下進(jìn)行，50min時(shí)，向平衡后的容器中再通入0.10molCH₄和0.40molNO₂，在下圖中畫出恒溫，重新達(dá)到平衡過程中n（CH₄）隨時(shí)間變化的曲線（只要求畫出n（CH₄）的變化趨勢，不需要準(zhǔn)確畫出再次平衡后n（CH₄）．
Ⅲ．NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理見下圖．該電池在使用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+NO₃^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 Ⅰ．已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₂
③H₂O（l）=H₂O（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；
Ⅱ．（1）A．根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₄），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（NO₂）；
B．T₁℃時(shí)，40min反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，可知參加反應(yīng)甲烷為0.5mol-0.1mol=0.4mol，再計(jì)算CH₄的轉(zhuǎn)化率；
C．T₂℃時(shí)，反應(yīng)在40min、50min時(shí)甲烷均為0.15mol，則40min處于平衡狀態(tài)；
D．溫度越高，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)參加反應(yīng)的甲烷越多；
（2）前10min內(nèi)，溫度T₂℃時(shí)參加反應(yīng)的甲烷更多，故溫度T₂＞T₁，而平衡時(shí)溫度T₂℃時(shí)甲烷的物質(zhì)的量更大，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）T₁℃時(shí)，平衡時(shí)甲烷為0.1mol，則：
          CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
開始（mol）：0.5     1.2       0      0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.8       0.4    0.4      0.8
平衡（mol）：0.1     0.4       0.4    0.4      0.8
再根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計(jì)算；
（4）反應(yīng)在T₁℃下進(jìn)行，50min時(shí)，向平衡后的容器中再通入0.10molCH₄和0.40molNO₂，瞬間甲烷的物質(zhì)的量變?yōu)?.2mol，而后平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的物質(zhì)的量減小，但到達(dá)新平衡時(shí)甲烷的物質(zhì)的量大于0.1mol；
Ⅲ．NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，該電池在使用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，Y為五氧化二氮，石墨I(xiàn)上是二氧化氮失去電子，與硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮，石墨I(xiàn)I上是氧氣獲得電子，與五氧化二氮獲反應(yīng)生成硝酸根．

解答 解：Ⅰ．已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₂
③H₂O（l）=H₂O（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），則△H=△H₁-△H₂+2△H₃，
故答案為：△H₁-△H₂+2△H₃；
Ⅱ（1）A．前10min內(nèi)v（CH₄）=$\frac{\frac{0.5mol-0.35mol}{2L}}{10min}$=0.0075mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（NO₂）=2v（CH₄）=0.015mol/（L．min），故A錯(cuò)誤；
B．T₁℃時(shí)，40min反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，可知參加反應(yīng)甲烷為0.5mol-0.1mol=0.4mol，CH₄的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{0.5mol}$×100%=80%，故B正確；
C．T₂℃時(shí)，反應(yīng)在40min、50min時(shí)甲烷均為0.15mol，則40min處于平衡狀態(tài)，故C正確；
D．前10min內(nèi)T₂℃時(shí)參加反應(yīng)的甲烷越多，反應(yīng)速率快，故溫度T₁＜T₂，故D錯(cuò)誤，
故選：BC；
（2）前10min內(nèi)，溫度T₂℃時(shí)參加反應(yīng)的甲烷更多，故溫度T₂＞T₁，而平衡時(shí)溫度T₂℃時(shí)甲烷的物質(zhì)的量更大，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故平衡常數(shù)：K（T₁）＞K（T₂），△H＜0，
故答案為：＞；＜；由表中數(shù)據(jù)可知，T₂時(shí)反應(yīng)速率較大，所以T₁＜T₂；升高溫度平衡逆向移動，可知K（T₁）＞K（T₂），所以正反應(yīng)放熱；
（3）T₁℃時(shí)，平衡時(shí)甲烷為0.1mol，則：
          CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
開始（mol）：0.5     1.2      0       0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.8      0.4     0.4     0.8
平衡（mol）：0.1     0.4      0.4     0.4     0.8
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}{\frac{0.1}{2}×（\frac{0.4}{2}）^{2}}$=3.2，
故答案為：3.2；
（4）反應(yīng)在T₁℃下進(jìn)行，50min時(shí)，向平衡后的容器中再通入0.10molCH₄和0.40molNO₂，瞬間甲烷的物質(zhì)的量變?yōu)?.2mol，而后平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的物質(zhì)的量減小，但到達(dá)新平衡時(shí)甲烷的物質(zhì)的量大于0.1mol，重新達(dá)到平衡過程中n（CH₄）隨時(shí)間變化的曲線的變化趨勢：，
故答案為：；
Ⅲ．NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，該電池在使用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，Y為五氧化二氮，石墨I(xiàn)上是二氧化氮失去電子，與硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮，石墨I(xiàn)I上是氧氣獲得電子，與五氧化二氮獲反應(yīng)生成硝酸根，石墨I(xiàn)上電極反應(yīng)式為：NO₂-e^-+NO₃^-=N₂O₅，
故答案為：NO₂-e^-+NO₃^-=N₂O₅．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)熱計(jì)算、電極反應(yīng)式書寫等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用知識的能力，難度中等．