Question

（15分）随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。

(1)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g) △H。某研究小组向某恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L－1 时间/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下列各项不能作为判断反应达到化学平衡状态依据的是      

A.容器内CO₂ 的浓度保持不变       B．v_正(N₂) ＝2 v_正(NO)

C．容器内压强保持不变             D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的平均相对分子质量保持不变

②T₁℃时，该反应的平衡常数K＝                     （保留两位小数）。

③30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是              。

④若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的△H            0（填“＞”、“ ＝”或“＜”）。

(2)用CH₄催化还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 kJ·mol^－1

②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)      △H＝－1160 kJ·mol^－1

③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1

写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的热化学方程式                   。

(3)以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为                                    。

 

Answer 1

【答案】

(1)① B  C ②0.56    ③减小CO₂的浓度     ④＜

  (2)CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－955 kJ·mol^－1

  (3)NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅

【解析】（1）①在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以A正确。B中反应速率的方向相反，但不满足速率之比是相应的化学计量数之比，反应前后体积不变，所以压强始终是不变的，C不正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变，但质量是变化的，D正确。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，物质的量不变，但质量是变化的，所E可以说明。答案选BC。

②根据表中数据可知，反应进行到20min是气体物质的浓度不再发生变化，所以平衡常数＝

③30min→4min时NO和CO₂浓度减小，氮气的浓度增大，所以改变的条件是减小CO₂的浓度。

④容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，说明升高温度反应物的浓度增大，因此反应向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。

（2）考查盖斯定律的应用，（①＋②）÷2＋③×2即得到CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以反应热是（－574 kJ·mol^－1－1160 kJ·mol^－1）÷2－44.0 kJ·mol^－1×2＝－955 kJ·mol^－1。

（3）根据装置图可知，Y是在石墨I生成的，而石墨I通入的是NO₂，所以是负极，失去电子，因此反应式为NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅。