Question

（15分）随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。

(1)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) △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和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如下：

浓度/mol·L－1 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

①T₁℃时，该反应的平衡常数K＝                     （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              。

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“＜”）。

(2)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 kJ·mol^－1

②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)      △H＝－1160 kJ·mol^－1

③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1

写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的热化学方程式                          。

(3)以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为                                    。

 

Answer 1

【答案】

 (1)①0.56         ②减小CO₂的浓度（合理答案均可）     ③＜

  (2)CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－955 kJ·mol^－1

  (3)NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅

【解析】（1）①根据表中数据可知，反应进行到20min是气体物质的浓度不再发生变化，所以平衡常数＝

②30min→4min时NO和CO₂浓度减小，氮气的浓度增大，所以改变的条件是减小CO₂的浓度。

③容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，说明升高温度反应物的浓度增大，因此反应向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。

（2）考查盖斯定律的应用，（①＋②）÷2＋③×2即得到CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以反应热是（－574 kJ·mol^－1－1160 kJ·mol^－1）÷2－44.0 kJ·mol^－1×2＝－955 kJ·mol^－1。

（3）根据装置图可知，Y是在石墨I生成的，而石墨I通入的是NO₂，所以是负极，失去电子，因此反应式为NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅。