Question

5．氮氧化物是大气污染物之一，消除氮氧化物的方法有多种．
（1）利用甲烷催化还原氮氧化物．已知：
    ①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
    ②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
  则CH₄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．
（2）利用NH₃催化还原氮氧化物的技术叫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．反应的化学方程式为2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．为提高氮氧化物的转化率可采取的措施是增大NH₃的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等（写出一条即可）．
（3）利用ClO₂氧化氮氧化物，其转化流程如下：NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{Na2SO3}$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2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；若生成11.2LN₂（标准状况），则消耗ClO₂67.5g．
（4）用活性碳还原法处理氮氧化物，有关反应为C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H，某研究小组向某密闭容器内加入一定量的活性碳和NO，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度下：

浓度/mol．L-1	NO	N2	CO2
时间/min
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.30	0.030
30	0.040	0.30	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T3℃时，该反应的平衡常数K=0.56（保留两位小数）．
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是减少CO₂浓度．
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）首先书写化学方程式，然后根据盖斯定律构造热化学方程式并计算焓变；
（2）化学平衡移动的因素：温度、浓度、压强等，使平衡向正反应方向移动；
（3）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，根据氧化还原反应的规律知识书写反应方程式，通过化学反应方程式计算；
（4）①当20-30min时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，根据K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$计算；
②根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质；
③根据浓度比值的变化来确定移动方向；

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
CH₄将NO₂还原为N₂的反应可以看成是$\frac{1}{2}$（①+②）得到，所以反应CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的△H=$\frac{1}{2}$（-574kJ/mol-1160kJ/mol）=-867kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）反应：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2N₂（g）+3H₂O（g）△△H＜0，提高氮氧化物的转化率，可以使得化学平衡正向移动即可，可以增大NH₃的浓度、减小反应体系的压强、降低反应体系的温度等，
故答案为：增大NH₃的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等；
 （3）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，二者之间会发生氧化还原反应：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，结合化学反应2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl知道，N₂～2NO₂～2ClO₂，所以若生成11.2L即0.5molN₂（标准状况），则消耗1molClO₂质量是1mol×67.5g/mol=67.5g，
故答案为：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；67.5g；
 （4）①（1）当20-30min时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.0{4}^{2}}$=0.56，
故答案为：0.56；
②根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质，故答案为：减少CO₂浓度；
③30min时，容器中NO、N₂、CO₂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、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则平衡向逆反应方向移动，所以逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜．

点评 本题考查了热化学方程式的书写和化学平衡常数、化学平衡移动的影响因素，侧重考查学生对数据的分析处理，题目难度中等．