Question

硝酸厂废气、汽车尾气中的氮氧化物可污染大气，现有几种消除氮氧化物的方法如下：目前，消除氮氧化物污染有多种方法．
（1）方法一：CH₄催化还原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ?mol^-1
现有一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，用22.4L（标准状况下）甲烷气体催化还原该混合气体，恰好完全反应（已知生成物全部为气态），并放出1042.8KJ的热量，则△H₂为

 

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

 

．
（2）方法二：活性炭还原法．
某研究小组向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，只生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的气体，且反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

	NO	甲	乙
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

由以上信息可知：
①该原理的化学方程式为

 

．
②该温度下的平衡常数K=

 

．（保留小数点后两位有效数字）
③若20min后升高温度至T₂℃，达到平衡后，若容器中NO、甲、乙的浓度之比为1：1：1，则该反应的△H

 

 0．（填“＞“、“＜“、“=“）
（3）方法三：NH₃催化还原氮氧化物（SCR技术）．该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．
反应原理为：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）　每生成1molN₂转移的电子数为

 

．
（4）方法四：ClO₂氧化氮氧化物．其转化流程如下：NO

ClO2

反应I

NO₂

Na2SO3水溶液

反应II

N₂
已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，则反应Ⅱ的化学方程式是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学方程式的书写,用盖斯定律进行有关反应热的计算,氧化还原反应的计算

专题：

分析：（1）相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，则物质的量之比为3：1，设NO、NO₂的物质的量分别是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反应需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同时生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，则总的n（NO）=4xmol，
NO完全反应需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，则NO、NO₂的物质的量分别是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反应放出的热量为（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反应放出的热量=

3.2△H2

4

，
据此计算△H₂；
根据盖斯定律书写该热化学方程式；
（2）①向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，只生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的气体，二者为N₂和CO₂，该反应方程式为C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
②化学平衡常数K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

；
③升高温度平衡向吸热反应方向移动；
（3）根据氮气和转移电子之间的关系式计算；
（4）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，二者发生氧化还原反应．

解答： 解：（1）相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，则物质的量之比为3：1，设NO、NO₂的物质的量分别是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反应需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同时生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，则总的n（NO）=4xmol，
NO完全反应需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，则NO、NO₂的物质的量分别是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反应放出的热量为（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反应放出的热量=

3.2△H2

4

kJ，
放出的总热量=（

574

4

×0.8）kJ+

3.2△H2

4

kJ=1042.8kJ，
则△H₂=1160，
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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案为：-1160kJ/mol；CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①向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，只生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的气体，二者为N₂和CO₂，该反应方程式为C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
故答案为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
②各物质浓度不变时，该反应达到平衡状态，化学平衡常数K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

=

0.060×0.060

0.080×0.080

=0.56，故答案为：0.56；
③20min后容器中NO、甲浓度之比大于1：1，升高温度后其浓度之比为1：1，说明平衡向正反应方向移动，则正反应是吸热反应，焓变大于0，故答案为：＞；
（3）2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）中N元素化合价由-3价、+2价、+4价变为0价，转移电子数为6，生成的氮气中有一半是氧化产物、一半是还原产物，所以每生成1molN₂有0.5mol是氧化产物，转移电子物质的量=0.5mol×2×[0-（-3）]=3mol，则转移电子数为3N_A，
故答案为：3N_A；
（4）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，二者发生氧化还原反应，方程式为2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，故答案为：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄．

点评：本题考查化学平衡计算、氧化还原反应的计算、盖斯定律等知识点，侧重考查基本理论、计算能力，注意平衡常数K计算时要用浓度而不是物质的量，注意（1）中二氧化氮生成的NO也参加反应，很多同学往往漏掉生成的NO而导致错误，为易错点．