Question

2．2017年春節(jié)，京津冀及周邊區(qū)域遭遇“跨年”霧霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項是霧霾主要組成，消除氮氧化物污染是研究方向之一．
（1）用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574.0KJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160.0KJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ•mol^-1
則：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955.0kJ•mol^-1．
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），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（T℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如表：

物質(zhì) 濃度（mol/L） 時間（min）	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①下列說法不能作為判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)標志的是BC
A．活性炭的質(zhì)量                  B．v_正（N₂）=2v_逆（NO）
C．容器內(nèi)壓強保持不變             D．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變
E．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②在T⁰C時，該反應的平衡常數(shù)為0.56（小數(shù)點后保留兩位有效數(shù)字）；
③在50min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N₂，使二者的濃度均增加至原
來的兩倍，則化學平衡正向移動（填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”）
（3）利用反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O構(gòu)成電池的方法，既能實現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示．
①A電極的電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O
②下列關于該電池的說法正確的是B．
A．電子從右側(cè)電極經(jīng)過負載后流向左側(cè)電極
B．為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜
C．電池工作一斷時間，溶液的pH不變
D．當有4.48LNO₂被處理時，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.8mol．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式；
（2）①依據(jù)化學平衡狀態(tài)的實質(zhì)是正逆反應速率相等，結(jié)合反應特征分析判斷，由正逆反應速率相同衍生的關系，變量不變說明反應達到平衡狀態(tài)；
②20min-30min反應達到平衡，圖表中得到平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)的概念計算得到；
③根據(jù)Q_c與K的大小判斷，Q_c＜K時化學平衡正向移動，Q_c＞K時化學平衡逆向移動，Q_c=K時化學平衡不移動；
（3）由反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反應中NO₂為氧化劑，NH₃為還原劑，則A為負極，B為正極，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，結(jié)合電解質(zhì)溶液呈堿性解答．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574.0kJ•mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160.0kJ•mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-l
依據(jù)蓋斯定律計算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955.0 kJ•mol^-1，
故答案為：-955.0 kJ•mol^-1；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），反應是氣體體積不變的反應．
A．活性炭的質(zhì)量保持不變說明達到平衡狀態(tài)，故A不選；
B．反應速率之比等于化學方程式系數(shù)之比，當v_正（N₂）=2v_逆（NO），不能說明反應達到平衡，當2v_正（N₂）=v_逆（NO）則能說明達平衡，故B可選；
C．反應是氣體體積不變的反應，反應過程中壓強始終不變，所以容器內(nèi)壓強保持不變不能說明反應達到平衡，故C可選；
D．混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，反應中碳是固體，平衡移動氣體質(zhì)量變化，體積不變，所以混合氣體的密度保持不變時，說明反應達到平衡，故D不選；
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，反應中碳是固體，平衡移動，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變時，說明反應達到平衡狀態(tài)，故E不選；
故答案為：BC；
②20-30min反應達到平衡狀態(tài)，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物質(zhì)的平衡濃度為：c（CO₂）=c（N₂）=0.030mol/L；c（NO）=0.040mol/L，反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.030×0.030}{0.04{0}^{2}}$=0.56，
故答案為：0.56；
③在50min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N₂，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則此時Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.034×2×0.017}{（0.032×2）^{2}}$=0.28＜K=0.56，則化學平衡正向移動，
故答案為：正向移動；
（3）①由反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反應中NO₂為氧化劑，NH₃為還原劑，則A為負極，B為正極，負極電極方程式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
②由反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反應中NO₂為氧化劑，NH₃為還原劑，則A為負極，B為正極，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應．
A．電子從負極流出，正極流入，則電子從左側(cè)電極經(jīng)過負載后流向右側(cè)電極，故A錯誤；
B．原電池工作時，陰離子向負極移動，為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜，防止二氧化氮反應生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，故B正確；
C．根據(jù)總反應可知反應生成水，電解質(zhì)溶液的堿性減弱，pH減小，故C錯誤；
D．不是標準狀況下無法計算NO₂的物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，故D錯誤；
故答案為：B．

點評 本題綜合考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算、化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素、平衡標志的分析判斷，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目難度不大．