Question

2．2017年春节，京津冀及周边区域遭遇“跨年”雾霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，消除氮氧化物污染是研究方向之一．
（1）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574.0KJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160.0KJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ•mol^-1
则：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955.0kJ•mol^-1．
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），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（T℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

物质 浓度（mol/L） 时间（min）	NO	N2	CO2
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下列说法不能作为判断该反应达到化学平衡状态标志的是BC
A．活性炭的质量                  B．v_正（N₂）=2v_逆（NO）
C．容器内压强保持不变             D．容器内混合气体的密度保持不变
E．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
②在T⁰C时，该反应的平衡常数为0.56（小数点后保留两位有效数字）；
③在50min时保持温度和容器体积不变再充入NO和N₂，使二者的浓度均增加至原
来的两倍，则化学平衡正向移动（填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）
（3）利用反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示．
①A电极的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O
②下列关于该电池的说法正确的是B．
A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电池工作一断时间，溶液的pH不变
D．当有4.48LNO₂被处理时，转移电子物质的量为0.8mol．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式；
（2）①依据化学平衡状态的实质是正逆反应速率相等，结合反应特征分析判断，由正逆反应速率相同衍生的关系，变量不变说明反应达到平衡状态；
②20min-30min反应达到平衡，图表中得到平衡浓度，依据平衡常数的概念计算得到；
③根据Q_c与K的大小判断，Q_c＜K时化学平衡正向移动，Q_c＞K时化学平衡逆向移动，Q_c=K时化学平衡不移动；
（3）由反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反应中NO₂为氧化剂，NH₃为还原剂，则A为负极，B为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，结合电解质溶液呈碱性解答．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574.0kJ•mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160.0kJ•mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-l
依据盖斯定律计算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955.0 kJ•mol^-1，
故答案为：-955.0 kJ•mol^-1；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），反应是气体体积不变的反应．
A．活性炭的质量保持不变说明达到平衡状态，故A不选；
B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v_正（N₂）=2v_逆（NO），不能说明反应达到平衡，当2v_正（N₂）=v_逆（NO）则能说明达平衡，故B可选；
C．反应是气体体积不变的反应，反应过程中压强始终不变，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故C可选；
D．混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，平衡移动气体质量变化，体积不变，所以混合气体的密度保持不变时，说明反应达到平衡，故D不选；
E．混合气体的平均相对分子质量等于气体总质量除以总物质的量，反应中碳是固体，平衡移动，气体质量发生变化，气体物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量保持不变时，说明反应达到平衡状态，故E不选；
故答案为：BC；
②20-30min反应达到平衡状态，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物质的平衡浓度为：c（CO₂）=c（N₂）=0.030mol/L；c（NO）=0.040mol/L，反应的平衡常数为：K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.030×0.030}{0.04{0}^{2}}$=0.56，
故答案为：0.56；
③在50min时保持温度和容器体积不变再充入NO和N₂，使二者的浓度均增加至原来的两倍，则此时Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.034×2×0.017}{（0.032×2）^{2}}$=0.28＜K=0.56，则化学平衡正向移动，
故答案为：正向移动；
（3）①由反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反应中NO₂为氧化剂，NH₃为还原剂，则A为负极，B为正极，负极电极方程式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
②由反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反应中NO₂为氧化剂，NH₃为还原剂，则A为负极，B为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．
A．电子从负极流出，正极流入，则电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极，故A错误；
B．原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，故B正确；
C．根据总反应可知反应生成水，电解质溶液的碱性减弱，pH减小，故C错误；
D．不是标准状况下无法计算NO₂的物质的量及转移电子的物质的量，故D错误；
故答案为：B．

点评 本题综合考查了热化学方程式和盖斯定律的计算、化学平衡常数、化学平衡影响因素、平衡标志的分析判断，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度不大．