Question

【题目】碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用，请回答下列问题:

（1）用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:

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

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2

若2 molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为1734 kJ，则△H2=_________；

（2）据报道，科学家在一定条件下利用Fe2O3与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁，其反应如下：Fe2O3(s)+3CH4(g)===2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g) △H>0

① 若反应在5 L的密闭容器中进行，1 min后达到平衡，测得Fe2O3在反应中质量减少3.2g。则该段时间内CO的平均反应速率为__________mol/(L·s)

② 若该反应在恒温恒压容器中进行，能表明该反应达到平衡状态的是__________(选填序号）

A．CH4的转化率等于CO的产率

B．混合气体的平均相对分子质量不变

c．v(CO)与v(H2)的比值不变

D．固体的总质量不变

③该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图所示，当温度由T1升高到T2时，平衡常数KA________KB(填“>”、“<”或“=”)，纵坐标表示的物理量可能是__________(填字母)。

A．H2的逆反应速率

B．CH4的的体枳分数

C．混合气体的平均相对分子质量

D．CO的体积分数

（3）而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率。电化学合成氨过程的总反应式为N2＋3H22NH3，该过程中还原反应的方程式为________________。

（4）若往20 mL0.01mol/L的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液，测得混合溶液的温度变化如下图所示，下列有关说法正确的是_____________(填标号)

①该烧碱溶液的浓度为0.02mol/L

②该烧碱溶液的浓度为0.01mol/L

③HNO2的电离平衡常数：b点>a点

④从b点到c点，混合溶液中一直存在：c(Na+)> c(NO2－) >c(OH－)> c(H+)

Answer 1

【答案】（1）-1160kJ/mol；

（2）①2×10-4或0.0002；②bd；③<；bc；

（3）N2+6H++6e-=2NH3；（4）②③。

【解析】

试题分析：（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ，②CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－1734/2kJ·mol－1=－867kJ·mol－1，②×2－①得出△H2=(－867×2＋574)kJ·mol－1=－1160kJ·mol－1；(2)①生成CO的物质的量为3.2×3/160mol=0.06mol，根据化学反应速率的表达式v(CO)=0.06/(5×60)mol/(L·s)=0.0002mol/(L·s)；②a、CH4的转化率等于CO的产率，不能说明反应达到平衡，故错误；b、反应前气体的摩尔质量为16g·mol－1，假设反应彻底反应到底，气体的平均摩尔质量为(3×28＋6×2)/9g·mol－1=10.7g·mol－1，气体摩尔质量减小，当气体平均摩尔质量不再改变，说明反应达到平衡，故正确；c、化学反应速率之比等于化学计量数之比，不能说明反应达到平衡，故错误；d、根据化学平衡状态的定义，组分的浓度不再改变说明反应达到平衡，即CO的体积分数不变，说明反应达到平衡，故正确；③此反应正反应是吸热反应，生成温度，平衡正向移动，B点温度高于A，因此KA<KB，a、升高温度，正逆反应速率都增大，故错误；b、升高温度，平衡正向移动，甲烷量减小，体积分数降低，故正确；c、根据上述分析，向正反应方向进行，气体的平均摩尔质量减少，故正确；d、反应向正反应方向进行，CO的体积分数增大，故错误；(3)还原反应是化合价降低，得到电子，因此N2被还原，因此电极反应式为N2+6H＋+6e－=2NH3；(4)b点温度最高，说明b点两者恰好完全反应，因此NaOH的浓度为0.01mol·L－1，故选项②正确；弱电解质的电离是吸热过程，升高温度，促进电离，即b点电离平衡常数大于a点，故选项③正确；④c点溶质为NaNO2和NaOH，且两者物质的量相等，NO2－是弱酸根，要发生水解，c(OH－)>c(NO2－)，故错误。