Question

【题目】秋冬季是雾霾高发季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。

(1)工业上利用甲烷催化还原NOX可减少氮氧化物的排放。已知：

CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ/mol

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_______________________________。

(2)汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段，主要原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H<O。向一定条件下的恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得该反应在不同时刻NO和CO的浓度如下表所示：

时间/s	0	1	2	3	4
c(NO)/mol·L-1	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3
c(CO)/mol·L-1	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3

①下列可判断反应达到平衡状态的是___________(填字母代号)。

A.c(NO)不再改变 B.c(NO)/c(CO)不再改变

C.c(NO)/c(CO2)不再改变 D.V(CO)=V(CO2)

②此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K=________。

③为了提高尾气处理的效果,可采取的措施有_____________________(写出两种即可)。

(3)工业上常采用“碱溶液吸收”的方法来同时吸收SO2和氮的氧化物气体(NOx),请写出氢氧化钠溶液吸收NO和NO2（两者体积比1：1）的离子方程式 ___________________。

(4)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种,常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2－、NO3－（两者物质的量之比为1:1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质,同时再生Ce4+,其原理如下图所示。

①Ce4+从电解槽的_____(填字母代号)口流出。

②写出阴极的电极反应式：______________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol AC 2.56×105 降低温度，或增大压强(或压缩体积)，或使用催化活性更好的催化剂等(写出两种即可) NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O a 2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O

【解析】

（1）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

利用盖斯定律将（①+②）2可得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，以此计算反应热；

（2）①根据平衡状态时，各物质浓度保持不变，正反应速率等于逆反应速率以及相关量不变来判断；

②利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；

③为了提高尾气处理的效果，可从增大转化率和加快反应速率角度分析；

（3）从氧化还原反应的角度判断反应产物，进而写出相关反应的离子方程式；

（4）①Ce4+是氧化产物，在阳极生成，从电解槽的a口流出。

②阴极发生还原反应，在阴极NO2-转化为N2，以此写出阴极的电极反应式。

（1）将已知的两个热化学方程式相加再除以2可得甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=[（-574kJ/mol）+（-1160kJ/mol

）]=一867kJ/mol，

因此，本题正确答案为：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=一867kJ/mol；

（2）①A.c(NO)随着反应进行而改变，当c(NO)不再改变时，说明反应达到平衡状态，故A可判断反应达到平衡状态；

B.c(NO)/c(CO)与平衡状态之间没有一定关系，故B不能判断反应达到平衡状态；C.c(NO/c(CO2)随着反应进行而改变，当c(NO/c(CO2)不再改变时，说明反应达到平衡状态，故C可判断反应达到平衡状态；

D.V(NO)和V(CO)都是正反应速率，不能说明正反应速率等于逆反应速率，故D不能判断反应达到平衡状态。

故选AC。

② 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始（×10-3mol/L）9.00 9.00 0 0

转化（×10-3mol/L） 8.00 8.00 4.00 8.00

平衡（×10-3mol/L） 1.00 1.00 4.00 8.00

由此可知，此条件下达到平衡时，c(NO)=1.00×10-3mol/L，c(CO)=1.00×10-3mol/L，c(CO2)=8.00×10-3mol/L，c(N2)=4.00×10-3mol/L，

该反应的平衡常数K===2.56×105，

③为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有降低温度，或增大压强(或压缩体积)，或使用催化活性更好的催化剂等。

因此，本题正确答案为：AC ；2.56×105；降低温度，或增大压强(或压缩体积)，或使用催化活性更好的催化剂等(写出两种即可)；

（3）氢氧化钠溶液吸收NO和NO2（两者体积比1：1）则生成NO2-，离子方程式为NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O，

因此，本题正确答案为：NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O；

（4）①Ce4+是氧化产物，在阳极生成，从电解槽的a口流出；

②阴极发生还原反应，在阴极NO2-转化为N2，则阴极的电极反应式为：2NO2- +8H++6e-=N2↑+4H2O，

因此，本题正确答案为：a ；2NO2- +8H++6e-=N2↑+4H2O。