Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．目前，消除大气污染有多种方法．
（1）处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
该反应的化学平衡常数表达式为K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

．若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示．若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将

不

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，则改变的条件可能是

②

（填序号）．
①加入催化剂　  ②降低温度　  ③缩小容器体积　  ④增加CO₂的量
（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2-而实现SO₂的处理（总反应为2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的废气通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，则另一反应的离子方程式为

2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

．
（4）肼（N₂H₄）用亚硝酸氧化可生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977．写出肼与亚硝酸反应的化学方程式

N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O

．
（5）如图2所示装置可用于制备N₂O₅，则N₂O₅在电解池的

阳极

（填“阳极”或“阴极”）区生成，其电极反应式为

N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺

．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）依据平衡常数概念列式计算，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
（3）催化剂的特点，恢复原来状态，Fe³⁺→Fe²⁺；可以降低SO₂的污染，同时制得硫酸；
（4）氮的氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977，则可以求出氮氢原子个数，得出该氢化物，获得肼和亚硝酸反应生成产物；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去电子，所以N₂O₅在阳极区生成．

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
由盖斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）依据图象分析，15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L，NO平衡浓度为1.6mol/L，一氧化碳浓度为0.6mol/L，二氧化碳浓度为0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常数K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62?1．62

=0.035，若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，浓度分别为c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不动，20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，斜率减小反应速率减小，氮气浓度增大，反应是气体体积减小的放热反应，则改变的条件可能是降温，
故答案为：

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

；不移动；②；
（3）根据催化剂的特点，另一个反应一定有Fe³⁺→Fe²⁺，反应方程式为 2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；通过反应，吸收了大气污染物SO₂，同时制得了硫酸，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氮的氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977，则氮氢原子个数比=

43×0.977 14

43×0.023 1

=3：1，所以该氢化物是NH₃，肼和亚硝酸反应生成氨气和水，所以其反应方程式为N₂H₄+HNO₂=NH₃+2H₂O，故答案为：N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O；
（5）从电解原理来看，N₂O₄制备N₂O₅为氧化反应，则N₂O₅应在阳极区生成，反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺，故答案为：阳极；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

点评：本题设计电化学、热化学以及化学反应平衡等综合知识，是一道综合考查题，难度不大．