Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．目前，消除大气污染有多种方法．
（1）处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原NO_x．已知：
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
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程为

 

．
（2）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．若在一定温度下，将2mol NO、1mol CO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示，该反应的化学平衡常数为K=

 

．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）．
①加入催化剂　  ②降低温度　  ③缩小容器体积　  ④增加CO₂的量
（3）在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO_X的排放．当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NO_X生成盐．其吸收能力顺序如下：₁₂MgO＜_2oCaO＜₃₈SrO＜₅₆BaO．原因是

 

，元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NO_X的吸收能力逐渐增强．
（4）通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理示意图如图2：
①Pt电极上发生的是

 

反应（填“氧化”或“还原”）．②写出NiO电极的电极反应式：

 

．
（5）肼（N₂H₄）用亚硝酸（HNO₂）氧化可生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977．写出肼与亚硝酸反应的化学方程式

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）利用盖斯定律，参照目标方程式设计合理的反应途径，对原热化学方程式进行恰当的变形求解；
（2）求平衡常数用公式K=

[N2][CO2]2

[NO]2[CO]2

，温度不变判断反应进行的方向比较Qc与K的大小：Qc＞K平衡向逆向移动，Qc＜K平衡向正向移动，Qc=K平衡不移动；
通过图中N₂浓度变化曲线斜率变小可以判断其速率变化；通过新平衡N₂浓度增加可以判断平衡移动方向，进而确定改变的条件；
（3）依据同主族元素递变规律判断几种元素的金属性强弱，判断氧化物对NO_X的吸收能力；
（4）判断电池种类为燃料型原电池，则通氧气的为正极通氮氧化物的电极为负极，写出电池总反应式并分析找出氧化反应与还原反应，写出电极反应式；
（5）根据氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数0.977推出反应产物，通过得失电子守恒结合质量守恒或原子个数守恒配平方程式．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1①
     CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1②
   依据盖斯定律（①+②）÷2得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-574kJ?mol^-1+-1160kJ?mol^-1）÷2=-867kJ?mol^-1
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）从图中看出15min时达到平衡各物质浓度C（NO）=1.8mol?L^-1 C（CO）=0.6mol?L^-1 C（N₂）=0.2mol?L^-1
        2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂
mol?L^-1 2         1        0      0
        0.4      0.4      0.2    0.4
        1.6       0.6      0.2   0.4
带入公式K=

[N2][CO2]2

[NO]2[CO]2

=

0.2×0．42

1.62×0．62

=

5

144

；
Qc=

C(N2)C(CO2)2

C(NO)2C(CO)2

=

5

144

=K，平衡不移动；
图中N₂浓度变化曲线斜率变小可以判断其速率减小排除③缩小容器体积④增加CO₂的量；通过新平衡N₂浓度增加可以判断平衡向右移动排除①加入催化剂，降低温度反应速率减小，该反应正方向放热所以平衡向右移动，N₂浓度增加；
故答案为：

5

144

； 平衡不移动； ②；
（3）根据Mg，Ca，Sr和Ba的质子数，得知他们均为 IIA族元素．同主族的元素，从上到下，原子半径逐渐增大，金属性依次增强，金属氧化物吸收NOX能力依次增强，
故答案为：Mg，Ca，Sr和Ba金属性依次增强；
（4）通氧气的电极（Pt）为正极发生还原反应，通NO的电极为负极发生氧化反应，总方程式：2NO+O₂=2NO₂，NO在NiO电极上失去电子发生氧化反应电极反应式为：NO+O^2--2e-=NO₂，
故答案为：还原；NO+O^2--2e-=NO₂；
（5）因为氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数0.977，43×0.977÷14=3 所以该氢化物为HN₃，通过得失电子守恒结合质量守恒或原子个数守恒配平方程式得：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O，
故答案为：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O．

点评：本题考查利用盖斯定律来求化学反应热、化学平衡常数及其应用、影响化学平衡移动的因素、元素周期律、原电池原理以及氧化还原反应，设计知识点多，难度中等．