Question

硝酸廠廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物可污染大氣，現(xiàn)有幾種消除氮氧化物的方法如下：目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（1）方法一：CH₄催化還原法．已知：
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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ?mol^-1
現(xiàn)有一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，用22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好完全反應(yīng)（已知生成物全部為氣態(tài)），并放出1042.8KJ的熱量，則△H₂為

 

；
寫出CH₄（g）與NO₂ （g）反應(yīng)生成N₂ （g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）方法二：活性炭還原法．
某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，且反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

	NO	甲	乙
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

由以上信息可知：
①該原理的化學(xué)方程式為

 

．
②該溫度下的平衡常數(shù)K=

 

．（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字）
③若20min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡后，若容器中NO、甲、乙的濃度之比為1：1：1，則該反應(yīng)的△H

 

 0．（填“＞“、“＜“、“=“）
（3）方法三：NH₃催化還原氮氧化物（SCR技術(shù)）．該技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．
反應(yīng)原理為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）　每生成1molN₂轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

 

．
（4）方法四：ClO₂氧化氮氧化物．其轉(zhuǎn)化流程如下：NO

ClO2

反應(yīng)I

NO₂

Na2SO3水溶液

反應(yīng)II

N₂
已知反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式為2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)方程式的書寫,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,氧化還原反應(yīng)的計(jì)算

專題：

分析：（1）相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質(zhì)的量之比為3：1，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反應(yīng)需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同時(shí)生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應(yīng)需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應(yīng)放出的熱量為（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反應(yīng)放出的熱量=

3.2△H2

4

，
據(jù)此計(jì)算△H₂；
根據(jù)蓋斯定律書寫該熱化學(xué)方程式；
（2）①向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，二者為N₂和CO₂，該反應(yīng)方程式為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
②化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

；
③升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）根據(jù)氮?dú)夂娃D(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（4）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質(zhì)的量之比為3：1，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反應(yīng)需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同時(shí)生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應(yīng)需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應(yīng)放出的熱量為（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反應(yīng)放出的熱量=

3.2△H2

4

kJ，
放出的總熱量=（

574

4

×0.8）kJ+

3.2△H2

4

kJ=1042.8kJ，
則△H₂=1160，
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：-1160kJ/mol；CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，二者為N₂和CO₂，該反應(yīng)方程式為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
故答案為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
②各物質(zhì)濃度不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

=

0.060×0.060

0.080×0.080

=0.56，故答案為：0.56；
③20min后容器中NO、甲濃度之比大于1：1，升高溫度后其濃度之比為1：1，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，焓變大于0，故答案為：＞；
（3）2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）中N元素化合價(jià)由-3價(jià)、+2價(jià)、+4價(jià)變?yōu)?價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6，生成的氮?dú)庵杏幸话胧茄趸�產(chǎn)物、一半是還原產(chǎn)物，所以每生成1molN₂有0.5mol是氧化產(chǎn)物，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=0.5mol×2×[0-（-3）]=3mol，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3N_A，
故答案為：3N_A；
（4）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，故答案為：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論、計(jì)算能力，注意平衡常數(shù)K計(jì)算時(shí)要用濃度而不是物質(zhì)的量，注意（1）中二氧化氮生成的NO也參加反應(yīng)，很多同學(xué)往往漏掉生成的NO而導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)．