题目内容
【题目】汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
(1)已知:
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-1160kJ·mol-1
③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3= 。
(2)反应③在热力学上趋势很大,其原因是 。在固定容器中按一定比例混合CH4与NO2后,提高NO2转化率的反应条件是 。
(3)在130℃和180℃时,分别将0.50mol CH4和a mol NO2充入1L的密闭容器中发生反应③,测得有关数据如下表:
实验编号 | 温度 | 0分钟 | 10分钟 | 20分钟 | 40分钟 | 50分钟 | |
1 | 130℃ | n(CH4)/mol | 0.50 | 0.35 | 0.25 | 0.10 | 0.10 |
2 | 180℃ | n(CH4)/mol | 0.50 | 0.30 | 0.18 | 0.15 |
① 开展实验1和实验2的目的是 。
② 130℃时,反应到20分钟时,NO2的反应速率是 。
③ 180℃时达到平衡状态时,CH4的平衡转化率为 。
④ 已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4,试计算a= 。
(4)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见图。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,该电极反应为 。
【答案】(1)-867kJ·mol-1
(2)此反应放出的热量十分大;降低温度、降低压强
(3)①研究温度对该化学平衡的影响
②0.025mol/(L·min)③70%④1.2
(4)NO2+NO3--e-═N2O5
【解析】
试题分析:(1)根据盖斯定律,②+①得,CH4(g) + 2NO2(g)N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H3=-867 kJ·mol-1;(2)此反应放出的热量十分大,所以反应③趋势很大;在固定容器中按一定比例混合CH4与NO2后,反应放热,降低温度平衡正向移动NO2转化率增大;减小压强,平衡正向移动,NO2转化率增大;(3)①实验1和实验2只有温度不同,开展实验1和实验2的目的是研究温度对该化学平衡的影响;② 130℃时,反应到20分钟时,NO2的反应速率是0.025mol/(L·min);③ 180℃时达到平衡状态时,CH4的物质的量为0.15mol,平衡转化率为70%
a= 1.2mol
(4)根据装置图,石墨I电极是负极,失电子发生氧化反应,氮元素化合价升高为+5,石墨I电极上生成氧化物Y,Y是N2O5,电极反应是NO2 + NO3- -e- ═ N2O5。