题目内容
【题目】燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一,雾疆天气肆虐给人类健康带来了严重影响,化学在解决雾霾污染中发挥了重要作用。
(1)煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
己知:
CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867 kJ·mol-1
2NO2(g) N2O4(g) △H=-56.9kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1
①写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式________________。
②反应CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)在恒温恒容容器中达到平衡,下列叙述不能作为判断该反应达到平衡状态标志的是___________。
A.容器中的压强不变 B.混合气体的密度不变
C.2v正(NO2)= v 逆(N2) D.c(CH4)= c(N2)
(2)CO、CO2 是火力发电厂及汽车尾气的主要成分,为减少对环境造成的影响,采用以下方法将其资源化利用。
①以CO 为电极燃料,以熔融K2CO3为电解质,和O2组成燃料电池。请写出该电池的负极电极反应式_____________________。
②在铝矾土作催化剂、773K条件下,3molCO与1.5molSO2反应生成3molCO2和0.75mol硫蒸气,该反应可用于从烟道气中回收硫,写出该反应的化学方程式_______________。
③在汽车的排气管上增加一个补燃器,并不断补充O2使其浓度保持为4.0×10-4mol·L-1,发生反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)。某温度下测得汽车尾气中CO、CO2 气体的浓度分别为2.0×10-6 mol·L-1、4.0×10-4 mol·L-1,则该条件下反应的平衡常数K=___________。
【答案】CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-898.1kJ·mol-1 CD CO-2e-+CO32-=2CO2 4CO+2SO24CO2+S2 1.0×108L·mol-1
【解析】
(1)①CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ·mol-1;
②2NO2(g) N2O4(g) △H=-56.9kJ·mol-1;③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1,盖斯定律可知,由①-②+③×2即CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)热化学方程式,
CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-898.1kJ·mol-1;②反应CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),A.由于反应前后压强不同,当容器中的压强不变即反应达到平衡,B.由气体质量有变化、容积不变,则混合气体的密度不变能说明应达到平衡,C. v正(NO2)/v逆(N2)=1/2,不等于计算数之比,不能说明应达到平衡,D.c(CH4)=c(N2)不一定达到平衡,故答案选CD。
(2)①CO在负极失去电子,与碳酸根离子结合生成二氧化碳,负 极电极反应式为:CO-2e-+CO32-=2CO2;②由物质的量之比等于计算量数之比,根据质量守恒可写出此反应:4CO+2SO2 4CO2+S2;③该条件下反应的平衡常数K=c2(CO2)/ c2(CO) c(O2)=( 4.0×10-4)2/( 2.0×10-6)2( 4.0×10-4)= 1.0×108L·mol-1。