Question

二氧化硫和氮氧化物（NOx）对大气污染日趋严重，研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题，目前有很多种方法消除大气污染．



（1）可利用甲烷催化还原NOx的方法处理NO_x，反应如下：
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CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=______；
（2）汽车尾气中的主要污染物有CO、NOx、碳氢化合物等，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．
生成无毒物质，减少汽车尾气污染．若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，15分钟后达到平衡，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示，则
①前15s内的平均反应速率v （N₂）=______（小数点保留3位）；
②该反应平衡常数K=______（小数点保留3位）；
③若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将______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______（填序号）；
a  加入催化剂　  b  降低温度　  c  缩小容器体积　  d  增加CO₂的量
④该可逆反应△S______0（填“＞”、“＜”或“=”），在______（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下能自发进行．
（3）CO分析仪以燃料电池为工作原理，其装置如图2所示，该电池中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动．下列说法错误的是______
A．负极的电极反应式为：CO+O^2--2e^-=CO₂
B．工作时电极b作正极，O^2-由电极a流向电极b
C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2- 而实现对SO₂的处理目的．其中Fe³⁺的最外层电子排布式为______；SO₂的VSEPR模型名称为______；与SO₂互为等电子体的离子有______．
（5）N₂O₅是重要的硝化剂和氧化剂，可用电解法制备N₂O₅，如图3所示，N₂O₅在电解池的______（填“阳极”或“阴极”）区生成，其电极反应式为______．

Answer 1

（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；
依据盖斯定律计算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案为：△H=-867 kJ/mol；
（2）①图象分析，前15分钟达到平衡时，氮气浓度增大为0.2mol/L，所以前15s内的平均反应速率v （N₂）=

0.2mol/L

15min

=0.013 mol/（L?s），
故答案为：0.013 mol/（L?s）；
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0.8mol/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

0．62×0．82

=0.035，故答案为：0.035；
③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=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=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：不移动；b；
④2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．反应可知△S＜0；
依据△H-T△S＜0是自发进行的反应；△H＜0，△S＜0，满足条件△H-T△S＜0，应该在低温条件下进行可以自发进行，
故答案为：＜；低温；
（3）A．该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，电极反应式为：CO+O^2--2e^-═CO₂，故A正确；
B．工作时电极b作正极，O^2-由电极b流向电极a，故B错误；
C．该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，通入空气的电极是正极，原电池放电时，电子从负极a通过传感器流向电极b，故C正确；
D．一氧化碳的含量越大，原电池放电时产生的电流越大，故D正确；
故答案为：B；
（4）铁是26号元素，其核外有26个电子，失去三个电子后和铁离子最外层电子排布式：3s²3p⁶3d⁵；SO₂中S原子的价层电子对为

6

2

=3，VSEPR模型为平面三角形；与SO₂互为等电子体的离子有 NO₂^-；
故答案为：3s²3p⁶3d⁵；平面三角形；NO₂^-；
（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；N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺．