Question

2013年全国各地都遭遇“十面霾伏”．其中，机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气质量恶化贡献较大．
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图甲正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是

 

（填代号）．
（下图中υ_正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）


（2）机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染．已知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：

 

．
（3）用NH₃催化还原NO_X也可以消除氮氧化物的污染．图乙，采用NH₃作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率（注：脱氮率即氮氧化物转化率），反应原理为：NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）．
①该反应的△S

 

0，△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则上述反应的K_P=

 

．
③以下说法正确的是

 

．
A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理见图丙．该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为

 

．
（5）硝酸工业尾气中氮氧化物（NO和NO₂）可用尿素〔CO（NH₂）₂〕溶液除去．反应生成对大气无污染的气体．1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为

 

g．

Answer 1

分析：（1）可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式；
（3）①熵是用描述混乱程度的，△S就是混乱程度的变化，根据反应前后气体体积不会判断熵变；脱氮率即氮氧化物转化率，①和②中升高温度氮氧化物的转化率减小，说明该反应为放热反应；
②用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），据此写出反应NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）的平衡常数K_P；
③A、催化剂只影响反应速率，不会改变转化率；
B、根据反应原理可知，正反应是体积增大的反应，压强影响脱氮率；
C、根据图象数据可知，催化剂①、②发挥增大催化效果的温度分别为250℃和450℃；
（4）燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成氧化物N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；
（5）根据题目信息写出方程式，建立关系式，然后依据关系式进行计算．

解答：解：（1）A、t₁时正反应速率仍然在变化，说明没有达到平衡状态，故A错误；
B、t₁时平衡常数不再变化，正逆反应速率相等，说明达到了平衡状态，故B正确；
C、t₁时二氧化碳和一氧化氮的物质的量还在变化，说明正逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，故C错误；
D、t₁时一氧化氮的质量分数不再变化，表明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故D正确；
故选BD；
（2）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根据盖斯定律，①-②+④×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（3）①反应前气体的化学计量数为4，反应后计量数之和为5，正反应是混乱度增加的反应，所以△S＞0；根据①、②图象可知，达到平衡后升高温度后，氮氧化物的转化率减小，说明升高温度平衡向着逆向移动，正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：＞；＜；     
②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则反应NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）的K_P=

P2(N2)?P3(H2O)

P(NO)?P(NO2)?P2(NH3)

，
故答案为：

P2(N2)?P3(H2O)

P(NO)?P(NO2)?P2(NH3)

；
③A．催化剂不会影响转化率，只影响反应速率，所以第②种催化剂和第①种催化剂对转化率没有影响，故A错误；
B．该反应为体积增大的反应，增大压强，平衡向着逆向移动，所以压强对脱氮率有影响，故B错误；
C．由图象可知，催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮，其催化活性最好，故C正确；
故选C；
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，二氧化氮在负极失电子发生氧化反应，元素化合价升高为+5价，其氧化物为N₂O₅，发生的电极反应为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（5）由题目信息可知，NO、NO₂与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为：NO+NO₂+CO（NH₂）₂=CO₂+2N₂+2H₂O，
      NO+NO₂ ～CO（NH₂）₂
     （30+46）g    1mol
1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为76g，
故答案为：76．

点评：本题考查了化学平衡状态的判断、反应热和焓变、热化学方程式、原电池原理、化学平衡的影响因素等知识，题目难度较大，涉及的题量较多，充分考查了学生对基础知识的掌握情况，有利于培养学生分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．