Question

6．氮氧化物能造成光化学烟雾，引起大气污染，用以下方法可以消除．
Ⅰ．活性炭还原法处理氮氧化物．若向2L密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的物质，反应进行到不同时间测得各物质的物质的量浓度如下：

浓度（mol/L） 时间（min）	NO	甲	乙
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）该反应的化学方程式为C+2NO?N₂+CO₂
（2）T₁℃时，该反应的平衡常数K=0.56（保留两位小数）
（3）30min时改变的条件是分离出乙．若30min后升高温度至T₂，达到平衡时，容器中NO、甲、乙的浓度之比为2：1：1，则反应的△H＜0（填“＜”、“=”、“＞”）．
Ⅱ．以NO、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨电极Ⅰ生成NO₂．
（4）石墨电极Ⅰ的反应式为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨电极Ⅱ电极处通入一种氧化物Y，Y是N₂O₅（填物质的化学式）．
Ⅲ．CH₄催化还原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
（5）写出CH₄（g）与NO（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol．
（6）恒容时，甲烷与二氧化氮在一定条件下只发生①反应，下列各项中能够判断该反应一定达平衡的是BC（填写正确选项的字母）．
A．混合气体的总压强不改变
B．混合气体的相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．v（CH₄）_正=4v（NO）_逆E．c（NO）：c（CO₂）=4：1．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反应物为活性炭和NO，生成物甲和乙均为参与大气循环的物质，依此书写化学方程式；
（2）根据平衡常数的定义进行计算；
（3）根据表中数值知，NO、乙的浓度减小，甲的浓度增大，说明改变条件是分离出乙物质；
根据浓度比值的变化来确定移动方向；
Ⅱ．（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应；
Ⅲ．（5）根据盖斯定律进行计算，书写热化学方程式；
（6）恒容时，反应达到平衡的标志依据“变量不变”方向判断，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；

解答 解：Ⅰ．（1）反应物为活性炭和NO，生成物甲和乙均为参与大气循环的物质，故反应方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案为：C+2NO?N₂+CO₂；
（2）20-30min时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）•c（N{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.04{\;}^{2}}$=0.56，
故答案为：0.56；
（3）根据表中数值知，NO、乙的浓度减小，甲的浓度增大，说明改变条件是分离出乙物质；
30min时，容器中NO、甲、乙的浓度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、甲、乙的浓度之比为2：1：1，则平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：分离出乙；＜；
Ⅱ．（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO-2e^-+2NO₃^-═NO₂+N₂O₅，负极生成N₂O₅，为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨电极Ⅱ电极处通入N₂O₅，
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅；
Ⅲ．（5）①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由②×2-①-③×2得CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-955）×2-（-622）-（-44）×2=-1200kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol；
（6）恒容时，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是正逆反应速率相同，个组分含量不变，对于反应CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），
A．该反应为前后气体体积不变，所以混合气体的总压强不改变，不能判断该反应是否处于平衡状态；
B．该反应为前后气体的物质的量不变，气体质量不守恒，所以混合气体的相对分子质量不再改变时，则说明反应已经处于平衡状态；
C．该反应为前后气体体积不变，气体质量不守恒，所以混合气体的密度不再改变时，则说明反应已经处于平衡状态；
D．当4v（CH₄）_正=v（NO）_逆时，反应处于平衡状态，故D错误；
E．气体的浓度之比与起始量有关，与反应是否处于平衡状态无关，所以c（NO）：c（CO₂）=4：1，不能判断该反应是否处于平衡状态；
故选BC．

点评 本题考查斯定律的应用、化学平衡常数、化学平衡移动的影响因素、原电池等，原电池原理的应用和电极反应书写，难度中等．