Question

7．燃煤烟气中含有大量的氮氧化合物（NO_x），不宜直接排放到空气中，可采用以下措施对燃煤烟气进行处理．
Ⅰ．CH₄还原法：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（a+b）kJ/mol．
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
在温度T₁和T₂时，分别将0.50molCH₄和1.2molNO₂充入体积为1L的密闭容器中，测得n（CH₄）随时间变化数据如下表：

温度	时间/min n/mol	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）	0.50	0.30	0.18	0.15	0.15

（1）在0～10min内化学反应速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）为3：4；
（2）T₁＜ T₂（填＜，=，＞）； a＜0（填＜，=，＞）
（3）在T₁时，0～10min内内NO₂的转化率是50%；欲提高NO₂的转化率同时加快反应速率，可采取的措施有B
A．缩小容器体积     B．增大CH₄浓度    C．降低温度     D．加入催化剂
Ⅱ． NO_x也可以用NH₃还原除去，利用反应6NO₂+8NH₃$?_{加热}^{催化剂}$7N₂+12H₂O也可处理NO₂．当氧化产物和还原产物的质量差为14g时，转移电子的物质的量为12mol．

Answer 1

分析 I．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol，
根据盖斯定律可知，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反应热也进行相应的计算；
（1）时间、体积相同，速率之比等于甲烷的物质的量变化量之比；
（2）温度越高反应速率越快，根据前10min内甲烷物质的量变化量判断温度高低；由表中数据可知，温度T₂到达平衡时，甲烷的物质的量大于温度T₁时，结合温度对平衡的影响判断；
（3）根据甲烷物质的量，结合方程式计算参加反应二氧化氮物质的量，进而计算二氧化氮的转化率；欲提高NO₂的转化率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，但不能只增大二氧化氮的物质的量，结合外界条件对反应速率的影响判断；
II．反应中NO₂为氧化剂，得到还原产物，NH₃为还原剂，得到氧化产物，N₂既是还原产物又是氧化产物，由N原子守恒可知氧化产物、还原产物的物质的量中为8：6=4：3，计算氧化产物或还原产物物质的量，结合N元素化合价变化计算转移电子物质的量．

解答 解：（1）I．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol，
根据盖斯定律可知，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反应热△H=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$=0.5（a+b）kJ/mol，热反应方程式为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（a+b）kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（a+b）kJ/mol；
（1）时间、体积相同，速率之比等于甲烷的物质的量变化量之比，故在0～10min内化学反应速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）=（0.5-0.35）：（0.5-0.3）=3：4，
故答案为：3：4；
（2）温度越高反应速率越快，根据前10min内甲烷物质的量变化量可知：T₁＜T₂，由表中数据可知，温度T₂到达平衡时，甲烷的物质的量大于温度T₁时，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，故a＜0，
故答案为：＜；＜；
（3）前10min甲烷物质的量变化量为0.5mol-0.35mol=0.15mol，根据方程式可知参加反应二氧化氮物质的量为0.15mol×4=0.6mol，故二氧化氮的转化率为$\frac{0.6mol}{1.2mol}$×100%=50%；
A．缩小容器体积，压强增大，反应速率加快，但平衡向逆反应方向移动，NO₂的转化率降低，故A错误；
B．增大CH₄浓度，反应速率加快，但平衡向酯化反应方向移动，NO₂的转化率增大，故B正确；
C．降低温度，反应速率减慢，故C错误；
D．加入催化剂，加快反应速率，但不影响平衡移动，NO₂的转化率不变，故D错误，
故答案为：50%；B；
II．反应中NO₂为氧化剂，得到还原产物，NH₃为还原剂，得到氧化产物，N₂既是还原产物又是氧化产物，由N原子守恒可知氧化产物、还原产物的物质的量中为8：6=4：3，设氧化产物、还原产物的物质的量分别为4ymol、3ymol，则（4y-3y）mol×28g/mol=14，解得y=0.5，故转移电子为4×0.5mol×2×[0-（-3）]=12mol，
故答案为：12mol．

点评 本题考查盖斯定律应用、反应速率计算、化学平衡计算及影响因素、氧化还原反应计算等，侧重考查学生的分析计算能力，难度中等．