Question

4．大气污染越来越成为人们关注的问题，工业生产尾气中的氮氧化物必须脱除（即脱
硝）后才能排放． 
（1）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1 ②
CH₄可用于硝，其热化学方程式为CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H₃ ③
已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

化学键	O=O	C=O	H=O	C=H
E/（kJ  mol-1）	496	799	460	？

由此计算△H3=-1150kJ．mol-1，C-H化学键键能E=414kJ．mol-1．
（2）反应2CO （g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）也可用于脱硝，图1为该反应过程中
NO的平衡转化率a（NO）与温度、压强的关系[其中初始c（CO）和c（NO）均为1mol．L^-1]，计算该反应在200cC时的平衡常数K=4.22（mol/L）^-1，图中压强（P₁、P₂、P₃）的大小顺序为P₃＞P₂＞P₁．

图1	图2	图3

（3）有人利用电化学方法将CO和NO转化为无毒物质．装置如图2所示
①电极a是阳极；
②电极b的电极反应式是2NO+4e^-═N₂+2O^2-．
（4）新型臭氧氧化技术利用具有极强氧化性的0，对尾气中的NO脱除，反应为NO（g）+O₃（g）=NO₂（g）+O₂（g），在一定条件下，将NO和0，通人密闭容器中并不断加热发生反应（温度不超过各物质的分解温度），NO₂的体积分数妒（NO₂）随时间变化如图3所示，可以发现t₁s后NO．的体积分数下降，其可能的原因是该反应是放热反应研究小组通过增大$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$比值提高NO的平衡转化率，却发现当$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1时，NO₂的物质的量减小，可能原因是O₃将NO₂氧化为更高价氮氧化物（或生成了N₂O₅）．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律求解，焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能；
（2）根据平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（NO）}$计算，在温度相同时，该反应为正向气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大；
（3）CO和NO转化为无毒物质，发生的反应为2CO+2NO=N₂+2CO₂，在电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，在阴极上发生得电子的还原反应，根据电解池的工作原理进行回答；
（4）该反应为放热反应，升高温度逆向移动，转化率下降；当$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1时，NO₂的物质的量减小，可能原因是O₃将NO₂氧化为更高价氮氧化物．

解答 解：（1）根据盖斯定律求解，CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1 ①；
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1 ②；
CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H₃ ③；
则③=①-②×2，△H₃ =△H₁ -2△H₂=-890.3-2×（+180）=-1150kJ；
焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能，根据反应①，4（C-H）+2（O=O）-2（C=O）-4（O-H）=-890.3，C-H化学键键能E=-890.3-2×496+2×799+4×460=414kJ/mol；
故答案为：-1150；414；
（2）根据反应2CO （g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），平衡时NO的转化率为60%，
        起始 1         1        0        0
        变化 0.6       0.6      0.3      0.6
        平衡 0.4       0.4      0.3      0.6
K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0．{4}^{2}}$=4.22 （mol/L）^-1；
在温度相同时，该反应为正向气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，故P₃＞P₂＞P₁；
故答案为：4.22 （mol/L）^-1；P₃＞P₂＞P₁；
（3）①CO和NO转化为无毒物质，发生的反应为2CO+2NO=N₂+2CO₂，其中C的化合价升高，失电子，所以通入CO的电极a是阳极，②CO和NO转化为无毒物质，发生的反应为2CO+2NO=N₂+2CO₂，在阴极上发生得电子的还原反应即2NO+4e^-=N₂+2O^2-，
故答案为：阳；2NO+4e^-=N₂+2O^2-；
（4）该反应为放热反应，升高温度逆向移动，转化率下降；当$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1时，NO₂的物质的量减小，可能原因是O₃将NO₂氧化为更高价氮氧化物，
故答案为：该反应是放热反应；O₃将NO₂氧化为更高价氮氧化物（或生成了N₂O₅）．

点评 本题考查学生电解池的工作原理以及电极反应式的书写知识，注意知识的归纳和梳理是关键，难度中等．