Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．目前，消除大气污染有多种方法．
（1）处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：

 

．
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：

2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．若在一定温度下，将2mol NO、1mol CO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示，计算该反应的化学平衡常数：K=

 

．若升高温度则平衡常数将

 

（变大、不变、变小）．若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图2所示的变化，则改变的条件可能是

 

（填序号）．
①．加入催化剂　       ②．降低温度　    ③．缩小容器体积　     ④．增加CO₂的量
（3）肼（N₂H₄）用亚硝酸氧化生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977．写出肼与亚硝酸反应的化学方程式

 

．
（4）如图2所示装置可用于制备N₂O₅，则生成N₂O₅的那一电极为

 

（填“阴极”或“阳极”），反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）依据平衡常数概念列式计算，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
（3）氮的氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977，则可以求出氮氢原子个数，得出该氢化物，获得肼和亚硝酸反应生成产物；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去电子，所以N₂O₅在阳极区生成．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
由盖斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）依据图象分析，15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L，NO平衡浓度为1.6mol/L，一氧化碳浓度为0.6mol/L，二氧化碳浓度为0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常数K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035；正反是放热反应，升高温度K值减小；若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，浓度分别为c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不动；①．加入催化剂，平衡不移动，故不选； ②．降低温度，平衡正向移动，故选；　 ③．缩小容器体积，平衡正向移动，故选；④．增加CO₂的量，平衡逆向，故不选；故选②③，故答案为：0.035；变小 不；②③；
（3）氮的氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977，则氮氢原子个数比=

43×0.977 14

43×0.023 1

=3：1，所以该氢化物是NH₃，肼和亚硝酸反应生成氨气和水，所以其反应方程式为N₂H₄+HNO₂=NH₃+2H₂O，故答案为：N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O；
（4）从电解原理来看，N₂O₄制备N₂O₅为氧化反应，则N₂O₅应在阳极区生成，反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺，故答案为：阳极；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

点评：本题设计电化学、热化学以及化学反应平衡等综合知识，是一道综合考查题，难度不大．