Question

碳、氮及其化合物在工農業(yè)生產生活中有著重要作用．請回答下列問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若2molCH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為1734kJ，則△H₂=

 

；
（2）據(jù)報道，科學家在一定條件下利用Fe₂O₃與甲烷反應可制取“納米級”的金屬鐵．其反應如下：
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①若反應在5L的密閉容器中進行，1min后達到平衡，測得Fe₂O₃在反應中質量減少3.2g．則該段時間內CO的平均反應速率為

 

．
②若該反應在恒溫恒壓容器中進行，能表明該反應達到平衡狀態(tài)的是

 

（選填序號）
a．CH₄的轉化率等于CO的產率      
b．混合氣體的平均相對分子質量不變
c．v（CO）與v（H₂）的比值不變    
d．固體的總質量不變
③該反應達到平衡時某物理量隨溫度變化如圖所示，當溫度由T₁升高到T₂時，平衡常數(shù)K_A

 

K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．縱坐標可以表示的物理量有哪些

 

．
a．H₂的逆反應速率              
b．CH₄的體積分數(shù)
c．混合氣體的平均相對分子質量   
d．CO的體積分數(shù)
（3）工業(yè)合成氨氣需要的反應條件非常高且產量低，而一些科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實現(xiàn)氨的電化學合成，從而大大提高了氮氣和氫氣的轉化率．電化學合成氨過程的總反應式為：N₂+3H₂

一定條件

2NH₃，該過程中還原反應的方程式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律書寫二氧化氮轉化為氮氣的熱化學方程式，從而計算反應熱；
（2）①結合題干計算鐵物質的量，根據(jù)化學方程式定量關系計算甲烷消耗的物質的量，依據(jù)化學反應速率概念計算得到；
②反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，據(jù)此分析；
③該反應是正反應氣體體積增大的吸熱反應，升溫平衡正向移動，據(jù)此分析；
（3）燃料電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂②
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，
將熱化學方程式

①+②

2

得熱化學反應方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

-574+△H2

2

kJ/mol=-867kJ/mol，△H₂=-1160kJ/mol，
故答案為：-1160kJ/mol；
（2）①若反應在5L的密閉容器中進行，1min后達到平衡，測得Fe₂O₃在反應中質量減少3.2g的物質的量=

3.2g

160g/mol

=0.02mol，結合化學方程式，F(xiàn)e₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），計算反應的甲烷物質的量為0.06mol，則該段時間內CH₄的平均反應速率=

0.06mol 5L

1min

=0.012mol/（L?min），
故答案為：0.012mol/（L?min）；
②a．CH₄的轉化率與CO的產率與是否達到平衡狀態(tài)無關，故a錯誤；
b．反應前后氣體的物質的量和質量都不同，所以混合氣體的平均相對分子質量不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c、v（CO）與v（H₂）的比值始終不變，所以其不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、固體的總質量不變，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；故答案為：bd；
③Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0，反應是氣體體積增大的吸熱反應，升溫平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，K_A＜K_B；
a．H₂的逆反應速率隨溫度的升高而增大，故a錯誤；
b．升溫平衡正向移動，CH₄的體積分數(shù)減小，故b正確；
c．升溫平衡正向移動，混合氣體的平均相對分子質量減小，故c正確；
d．升溫平衡正向移動，CO的體積分數(shù)增大，故d錯誤；故答案為：＜；bc；
（3）燃料電池中，正極上氮氣得電子和氫離子發(fā)生還原反應生成氨氣，電極反應式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

點評：本題綜合考查學生有關電化學、熱化學、化學反應速率和平衡的有關計算等知識，綜合性較強，難度大．