Question

【题目】研究NO2、NO、CO等污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。

（1）利用甲烷催化还原NOx：

CH4(g)+4NO2(g) ===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g) ===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2＝－1160 kJ·mol-1

①甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为________________________________。

②将CH4和NO2充入密闭容器中发生上述反应，该反应达到平衡后，为了提高反应速率的同时提高NO2的转化率，可采取的措施有__________(写一点即可)。

③利用原电池反应可实现NO2的无害化，总反应为6NO2+8NH3===7N2+12H2O，电解质溶液为NaOH溶液，工作一段时间后，该电池正极区附近溶液pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)，负极的电极反应式为___________________。

（2）光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途。工业上常利用废气CO2通过反应：C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0，制取合成光气的原料气CO。在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1mol CO2 与足量的碳发生上述反应，在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：

①T℃时，在容器中若充入稀有气体，平衡______移动(填“正向”“逆向”或“不”，下同)；若充入等体积的CO2和CO，平衡________移动。

②CO体积分数为40%时，CO2的转化率为_______。

③已知：气体分压(p分)=气体总压×体积分数。800℃时用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数Kp=______(用含p总的代数式表示)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol-1 增大CH4的浓度 增大 2NH3－6e-+6OH－＝N2+6H2O 正向 不 25% 5.28p总

【解析】

(1) ①ⅠCH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1＝－574 kJ·mol-1

ⅡCH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2＝－1160 kJ·mol-1

根据盖斯定律，由（Ⅰ+Ⅱ）得反应CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=（△H1+△H2）=（－574 kJ·mol-1－1160 kJ·mol-1）=－867 kJ·mol-1；

②将CH4和NO2充入密闭容器中发生上述反应，该反应达到平衡后，增大CH4的浓度，反应速率增大，反应正向移动，NO2的转化率增大；

③正极反应式为2NO2+8e－+4H2O=N2+8OH－，产生OH－，c(OH－)增大，pH增大，NO2在正极上反应，NO2得到电子；负极区失去电子，化合价升高，因此NH3在负极反应，反应式为2NH3－6e-+6OH－＝N2+6H2O；

(2)①该反应正向为气体分子数增大的反应，恒温恒压时充入稀有气体，对该反应来说相当于减压，v(正)>v(逆)，平衡正向移动；T ℃时，反应达到平衡时CO2、CO的体积分数相同，即浓度相等,恒压条件下充入等体积的CO2和CO,各物质的浓度都不变，故平衡不移动；

②设CO2的转化率为a,由已知列三段式得:

化学反应方程式: C(s)+ CO2(g) 2CO(g)

起始物质的量/mol 1 0

转化物质的量mol a 2a

平衡物质的量/mol 1-a 2a

根据题意列关系式: ×100%=40%，解得: a=25%；

③用平衡浓度表示该反应化学平衡常数表达式为K=，所以若用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数的表达式为Kp=，由图可得，800℃时CO体积分数为86%,分压为86%×p总, CO2体积分数为14%，分压为14%×p总,所以Kp===5.28p总。