Question

【题目】2017年春节，京津冀及周边区域遭遇“跨年”雾霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，消除氮氧化物污染是研究方向之一。

（1）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574.0 kJ·mol-1

②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ·mol-1

请写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g) ,CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式_______________________ 。

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g),某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T0C)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

物质 浓度(mol/L) 时间(min)	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①下列说法不能作为判断该反应达到化学平衡状态标志的是_______

A．活性炭的质量 B．v 正(N2) = 2v逆 (NO)

C．容器内压强保持不变 D．容器内混合气体的密度保持不变

E．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

F．容器内CO2的浓度保持不变

②在T0C时，该反应的平衡常数为______________(小数点后保留两位有效数字)；

③在30 min时，若只改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件是___________；

④在50 min时保持温度和容器体积不变再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，则化学平衡_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)

（3）利用反应6NO2+8NH3= 7N2+12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。

①A电极的电极反应式为______________

②下列关于该电池的说法正确的是（_____）

A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜

C．电池工作一断时间，溶液的pH不变

D．当有4.48LNO2被处理时，转移电子物质的量为0.8mol

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ·mol-1。 BC 0.56 减小CO2浓度（其它合理答案也得分） 正向移动 2NH3 -6e- +6OH- = N2+ 6H2O B

【解析】（1）根据盖斯定律可知，①＋②＋③即得到CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ·mol－1。

（2）①A项，只要可逆反应没有达到平衡，反应物和生成物的量一定会发生变化，故A正确；B项，反应速率之比等于化学方程式系数之比，当2v正（N2）=v逆（NO）时，反应达到平衡，故B错误；C项，该反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡时压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故C错误；D项，混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，只要平衡移动，气体质量一定发生变化，又因为体积不变，所以混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡，故D正确；E项，混合气体的平均相对分子质量等于气体总质量除以总物质的量，反应中碳是固体，只要平衡移动，气体质量一定发生变化，又因为气体物质的量不变，所以混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应达到平衡状态，故E正确；F项，容积不变，只要可逆反应没有达到平衡，气体反应物和生成物的浓度一定发生变化，故F正确。综上，选BC。②20-30min反应达到平衡状态，C（s）+ 2NO（g）N2（g）+ CO2（g），各物质的平衡浓度为：c（CO2）=c（N2）=0.030mol/L；c（NO）=0.040mol/L，反应的平衡常数为：K= = = ≈ 0.56。③在30 min时，若只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+ 2NO（g）N2（g）+ CO2（g），各物质的平衡浓度为：c（NO）=0.032mol/L，c（N2）=0.034mol/L；c（CO2）=0.017mol/L，K==≈ 0.56，化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以改变的条件为：减小二氧化碳浓度。④其他条件不变，增大反应物浓度，化学平衡正向移动。

（3）①根据电池反应的化学方程式可知氨气中N元素的化合价升高，被氧化，所以通入氨气的一极为负极，发生的反应是氨气失去电子生成氮气，因为电解质溶液为KOH溶液，所以氨气失去电子与氢氧根离子结合为水，电极反应式是2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。②A项，电子从负极（左侧）流出经过负载后流向正极（右侧），故A错误；B项，溶液中的OH-从右侧移动到左侧，参与负极的电极反应，为使电池持续放电，则必须用阴离子交换膜，同时防止二氧化氮与碱反应，生成硝酸盐与亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故B正确；C项，负极区消耗OH-，生成水，溶液pH减小，正极区消耗水，生成OH-，溶液pH增大，故C项错误；D项，没告诉4.48LNO2是否为标准状况下测得的数据，无法利用标准状况下气体摩尔体积计算，故D错误。综上，选B。