Question

16．氮氧化物（NO_x）、CO_x和有機氫化物等氣體會造成環(huán)境問題．對上述廢氣進行化學方法處理，可實現綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）合成氨所需的氫氣可以用以下方法制得：
舒中高三理綜 第10頁 （共18頁）
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ?mol^-1
則氫氣與二氧化碳反應生成甲烷和水蒸氣的熱化學方程式為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol
對于反應①，一定能提高平衡體系中H₂的百分含量，同時能加快反應速率的是A（填字母序號）．
A．升高溫度                    B．增大水蒸氣濃度
C．加入催化劑                  D．降低壓強
（2）工業(yè)上利用CO₂生成甲醇燃料，反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O   （g）△H=-49.0kJ•mol^-1．將6mol CO₂和8mol H₂充入容器為2L的密閉容器中，恒溫下，H₂的物質的量隨時間變化如圖1實線所示（圖中字母后的數字表示對應坐標）．
①反應在0min～8min內CO₂的平均反應速率為0.125mol/（L•min）．
②僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂物質的量變化如圖1虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升溫．

（3）用NaOH溶液可吸收氮的氧化物（NO_x，將一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應得NaNO₂，將此溶液和一定量NaOH溶液分別加到圖2所示的電解槽中用惰性電極進行電解，A室產生了N₂．
①NaOH溶液吸收NO、NO₂混合氣體的離子方程式NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O
②A室中NO₂^-發(fā)生反應的電極反應式是2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑．
（4）利用空氣催化氧化法制取聯氨，其有關物質的轉化如圖3所示（R₁、R₂代表烴基）．
 反應中當有1mol NH₃轉化為N₂H₄時，保持溶液中酮的物質的量不變，需要消耗O₂的物質的量為0.25mol
②在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分攪拌．上述轉化的相關過程說法正確的是A、B
A．  為該轉化過程的催化劑
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可適當增大通入的空氣量
C．上述轉化過程中不存在氧化還原反應．

Answer 1

分析 （1）氫氣與二氧化碳反應生成甲烷和水蒸氣的化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），該反應可由已知焓變的熱化學方程式推導，根據蓋斯定律求解該反應的焓變；
反應①為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，隨著反應的進行，氣體分子數增多，體系壓強增大，反應為吸熱的反應，因此降低壓強，升高溫度，均有利于反應向正反應方向進行，據此分析；
（2）①根據圖象分析，反應從0～8min內，經歷的時間為△t=8min，H₂的物質的量變化為△n=8-2=6mol，密閉容器的體積為V=2L，則H₂的化學反應平均速率為$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$，根據化學反應的平均速率之比等于化學計量數之比，據此計算CO₂的化學平均反應速率；
②僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂物質的量變化如圖1虛線所示，根據圖象分析，改變條件后，反應更快達到了平衡，表明化學反應速率加快，且平衡向逆反應方向移動，據此判斷改變的條件；
（3）①一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應得NaNO₂，據此寫出反應的離子方程式，注意配平；
②A室產生了N₂，表明NO₂^-在此反應過程中得到了電子，N元素化合價降低，考慮到NaNO₂水解，溶液是堿性，反應中有OH^-存在，據此寫出電極反應式；
（4）①反應中當有1mol NH₃轉化為N₂H₄時，反應失去的電子數為1mol，保持溶液中酮的物質的量不變，根據電子得失守恒計算反應消耗O₂的物質的量；
②在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分攪拌，根據轉化圖分析，在反應過程中充當載體的作用，反應前后本身化學性質并不發(fā)生改變，整個反應中存在氧化還原反應，據此逐項分析．

解答 解：（1）氫氣與二氧化碳反應生成甲烷和水蒸氣的化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），該反應可由-（①+②）得到，根據蓋斯定律，該反應的焓變?yōu)椤鱄=-（△H₁+△H₂）=-（206.4-41.2）=-165.2kJ/mol，
反應①為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，隨著反應的進行，氣體分子數增多，體系壓強增大，反應為吸熱的反應，因此降低壓強，升高溫度，均有利于反應向正反應方向進行，
A．升高溫度，使化學平衡向正反應方向移動，能提高平衡體系中H₂的百分含量，同時加快反應速率，故A可選；
B．增大水蒸氣濃度，使化學平衡正向移動，能提高平衡體系中H₂的物質的量，也能提高整體化學反應速率，但增大水蒸氣濃度，并不能抵消反應，有可能使平衡體系中H₂的百分含量降低，故B不選；
C．加入催化劑，催化劑能加快化學反應速率，但不改變化學平衡，即平衡體系中H₂的百分含量和未使用催化劑前一樣，故C不選；
D．降低壓強，使化學平衡向正反應方向移動，能提高平衡體系中H₂的百分含量，但不提高反應的化學反應速率，故D不選，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol；A；
（2）①根據圖象分析，反應從0～8min內，經歷的時間為△t=8min，H₂的物質的量變化為△n=8-2=6mol，密閉容器的體積為V=2L，則H₂的化學反應平均速率為$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$=$\frac{6mol}{2L×8min}$=0.375mol/（L•min），根據化學反應的平均速率之比等于化學計量數之比，則$\overline{r}（C{O}_{2}）$=$\frac{1}{3}\overline{r}（{H}_{2}）$=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
②僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂物質的量變化如圖1虛線所示，根據圖象分析，改變條件后，反應更快達到了平衡，表明化學反應速率加快，且平衡向逆反應方向移動，因此曲線I改變的條件可能是升溫，
故答案為：升溫；
（3）①一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應得NaNO₂，則反應的離子方程式為：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O，
故答案為：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O；
②A室產生了N₂，表明NO₂^-在此反應過程中得到了電子，N元素化合價降低，考慮到NaNO₂水解，溶液是堿性，反應中有OH^-存在，由于反應是得到電子的反應，根據電荷守恒，反應應該是生成OH^-，因此A室中NO₂^-發(fā)生反應的電極反應式是：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑，
故答案為：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑；
（4）①反應中當有1mol NH₃轉化為N₂H₄時，N從-3價變?yōu)?2價，則1molNH₃反應失去的電子數為1mol，保持溶液中酮的物質的量不變，1molO₂參加反應失去的電子數為2×2=4mol，根據電子得失守恒，需要消耗O₂的物質的量為n（O₂）=$\frac{1}{4}$=0.25mol，
故答案為：0.25mol；
②在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分攪拌，根據轉化圖分析，在反應過程中充當載體的作用，反應前后本身化學性質并不發(fā)生改變，整個反應中存在氧化還原反應，
A．在反應過程中充當載體的作用，反應前后本身化學性質并不發(fā)生改變，充當催化劑的作用，故A正確；
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可考慮將NH₃催化氧化成N₂H₄，可適當增大通入的空氣量達到目的，故B正確；
C．上述轉化過程中通入空氣，空氣中的O₂為氧化劑，反應存在氧化還原反應，故C錯誤；
故選AB．

點評 本題主要考察化學原理部分知識，包含熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，化學平衡的移動，化學反應速率對的計算，氧化還原反應方程式的書寫和配平及計算，流程的分析，牢牢把握守恒思想是關鍵．本題涉及的知識點較多，是綜合題，難度中等．