题目内容

5.氮氧化物是大气污染物之一,消除氮氧化物的方法有多种.
(1)利用甲烷催化还原氮氧化物.已知:
    ①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ/mol
    ②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ/mol
  则CH4将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol.
(2)利用NH3催化还原氮氧化物的技术叫SCR技术,该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术.反应的化学方程式为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2N2(g)+3H2O(g)△H<0.为提高氮氧化物的转化率可采取的措施是增大NH3的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等(写出一条即可).
(3)利用ClO2氧化氮氧化物,其转化流程如下:NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO2$→_{反应Ⅱ}^{Na2SO3}$N2.已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,则反应Ⅱ的化学方程式是2NO2+4Na2SO3═N2+4Na2SO4;若生成11.2LN2(标准状况),则消耗ClO267.5g.
(4)用活性碳还原法处理氮氧化物,有关反应为C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g)△H,某研究小组向某密闭容器内加入一定量的活性碳和NO,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度下:
浓度/mol.L-1NON2CO2
时间/min
00.10000
100.0580.0210.021
200.0400.300.030
300.0400.300.030
400.0320.0340.017
500.0320.0340.017
①T3℃时,该反应的平衡常数K=0.56(保留两位小数).
②30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是减少CO2浓度.
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则该反应的△H<0(填“>”、“<”或“=”).

分析 (1)首先书写化学方程式,然后根据盖斯定律构造热化学方程式并计算焓变;
(2)化学平衡移动的因素:温度、浓度、压强等,使平衡向正反应方向移动;
(3)二氧化氮具有氧化性,亚硫酸钠具有还原性,根据氧化还原反应的规律知识书写反应方程式,通过化学反应方程式计算;
(4)①当20-30min时,各物质的物质的量不变,则该反应达到平衡状态,根据K=$\frac{c(C{O}_{2})c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$计算;
②根据表中数值知,NO、二氧化碳的浓度减小,氮气的浓度增大,说明改变条件是分离出二氧化碳物质;
③根据浓度比值的变化来确定移动方向;

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ/mol
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ/mol
CH4将NO2还原为N2的反应可以看成是$\frac{1}{2}$(①+②)得到,所以反应CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=$\frac{1}{2}$(-574kJ/mol-1160kJ/mol)=-867kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol;
(2)反应:2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2N2(g)+3H2O(g)△△H<0,提高氮氧化物的转化率,可以使得化学平衡正向移动即可,可以增大NH3的浓度、减小反应体系的压强、降低反应体系的温度等,
故答案为:增大NH3的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等;
 (3)二氧化氮具有氧化性,亚硫酸钠具有还原性,二者之间会发生氧化还原反应:2NO2+4Na2SO3═N2+4Na2SO4,结合化学反应2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl知道,N2~2NO2~2ClO2,所以若生成11.2L即0.5molN2(标准状况),则消耗1molClO2质量是1mol×67.5g/mol=67.5g,
故答案为:2NO2+4Na2SO3═N2+4Na2SO4;67.5g;
 (4)①(1)当20-30min时,各物质的物质的量不变,则该反应达到平衡状态,K=$\frac{c(C{O}_{2})c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)}$=$\frac{0.03×0.03}{0.0{4}^{2}}$=0.56,
故答案为:0.56;
②根据表中数值知,NO、二氧化碳的浓度减小,氮气的浓度增大,说明改变条件是分离出二氧化碳物质,故答案为:减少CO2浓度;
③30min时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比=0.040:0.030:0.030=4:3:3,30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则平衡向逆反应方向移动,所以逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,则△H<0,
故答案为:<.

点评 本题考查了热化学方程式的书写和化学平衡常数、化学平衡移动的影响因素,侧重考查学生对数据的分析处理,题目难度中等.

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