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17.汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染.
(1)已知:
①CH4(g)+4NO2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$ 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$ 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
③CH4(g)+2NO2(g) $\stackrel{催化剂}{?}$N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
△H3=-867kJ•mol-1
(2)反应③在热力学上趋势很大,其原因是此反应放出的热量十分大.在固定容器中按一定比例混合CH4与NO2后,提高NO2转化率的反应条件是低温、低压
(3)在130℃和180℃时,分别将0.50mol CH4和a mol NO2充入1L的密闭容器中发生反应③,测得有关数据如表:
实验编号温度0分钟10分钟20分钟40分钟50分钟
1130℃n(CH4)/mol0.500.350.250.100.10
2180℃n(CH4)/mol0.500.300.180.15
①开展实验1和实验2的目的是研究温度对该化学平衡的影响.
②130℃时,反应到20分钟时,NO2的反应速率是0.0125mol/(L•min).
③180℃时达到平衡状态时,CH4的平衡转化率为70%.
④已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4,试计算a=1.2.
(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图.该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,该电极反应为NO2+NO3--e-=N2O5

分析 (1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1,(①+②)×$\frac{1}{2}$得CH4(g)+2NO2(g) $\stackrel{催化剂}{?}$N2(g)+CO2(g)+2H2O(g))△H=-867kJ•mol-1,据此进行分析;
(2)依据热化学方程式方向可知,该反应放热量大,即反应物和生成物的能量差大,因此热力学趋势大;有利于提高NO2转化率的反应条件是需要改变条件使平衡正向进行;
(3)①根据实验1、2的不同点确定实验目的;
②据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算;
③甲烷的转化率=$\frac{(0.5-0.15)mol}{0.5mol}$=70%;
④根据平衡常数计算a;
(4)该原电池中通入二氧化氮的电极是负极、通入氧气的电极是正极,所以I是负极、II是正极,负极上生成氧化物,应该是二氧化氮失电子和硝酸根离子反应生成五氧化二氮.

解答 解:(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1,(①+②)×$\frac{1}{2}$得CH4(g)+2NO2(g) $\stackrel{催化剂}{?}$N2(g)+CO2(g)+2H2O(g))△H=-867kJ•mol-1
故答案为:-867kJ•mol-1
(2)反应③在热力学上趋势很大,该反应放出热热量大,即反应物和生成物的能量差大,因此热力学趋势大;该反应为气体体积增大的放热反应,所以降低温度、降低压强有利于提高NO2转化率;
故答案为:此反应放出的热量十分大;低温、低压;
(3)①实验中只有温度不同,所以实验目的是:研究温度对该化学平衡的影响,
故答案为:研究温度对该化学平衡的影响;
②v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol-0.25mol}{1L}}{20min}$=0.0125mol/(L•min),
故答案为:0.0125mol/(L•min); 
③甲烷的转化率=$\frac{(0.5-0.15)mol}{0.5mol}$=70%,
故答案为:70%;
④设二氧化氮的物质的量为a,
                CH4(g)+2NO2(g)?N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
C0(mol/L):0.5           a            0            0             0
△C(mol/L):0.40     0.80         0.40        0.40         0.80
C(mol/L):0.10       a-0.80      0.40        0.40        0.80         
则:$\frac{0.40×0.40×(0.80)^{2}}{0.10×(a-0.80)}$,a=1.2,
故答案为:1.2;  
(4)该原电池中通入二氧化氮的电极是负极、通入氧气的电极是正极,所以I是负极、II是正极,负极上生成氧化物,应该是二氧化氮失电子和硝酸根离子反应生成五氧化二氮,电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5
故答案为:NO2+NO3--e-=N2O5

点评 【点评】本题考查反应热的计算、化学平衡的判断、反应速率、转化率的计算、电极方程式的书写,本题难度不大.

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