Question

【题目】为保护环境，应减少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等物质的排放量.

（1）用CH4催化还原煤燃烧产生的氮氧化物，可以消除污染.

已知：CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol

NO2(g)═N2O4(g) △H=-28.5kJ/mol

写出CH4催化还原N2O4(g)生成CO2、N2和H2O(g)的热化学方程式_____________。

（2）一定条件下，将2mol NO2与4molSO2置于恒温体积为2L的恒容密闭容器中，发生：NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g)，10s时反应达到平衡，测得平衡时c(NO2)=0.25mol/L，则10s内反应的平均速率v(SO2)=____________；达到平衡时NO2转化率=____________；计算该温度下该反应的化学平衡常数K= _____________（填数值）。

（3）将CO2与NH3混合，在一定条件下反应合成尿素，可以保护环境、变废为宝，反应原理为：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H

该反应在一定条件下能自发进行的原因是____________；若该反应在一恒温、恒容密闭容器内进行，判断反应达到平衡状态的标志是_____________（填序号）。

a.CO2与H2O(g)浓度相等 b.容器中气体的压强不再改变

C.2v(NH3)正=v(H2O)逆 d.容器中混合气体的密度不再改变

（4）研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。有人利用如图所示装置（均为惰性电极）从海水中提取CO2（海水中无机碳95%以HCO3-存在），有利于减少环境中温室气体含量。

①a室的电极反应式为___________________。

②b室中提取CO2的反应的离子方程式为 ___________________。

③b室排出的海水(pH <6)不可直接排回大海，需用该装置中产生的物质对b室排出的海水进行处理，合格后才能排回大海。处理的方法是___________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g) +N2O4(g)=N2(g) +CO2(g) + 2H2O(g) △H=-810.0kJ/mol 0.075 mol/ (L·s) 0.75 1.8 △H<0 bd 2H2O-4e-=O2↑+4H+（或4OH--4e-=O2↑+2H2O） H++HCO3-=H2O +CO2↑ 用c室排出的碱性溶液将从b室排出的酸性海水调节至接近正常海水的pH

【解析】（1）已知：①CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867.0kJ/mol，②NO2(g)═N2O4(g) △H=-28.5kJ/mol，根据盖斯定律可知①－②即可得到CH4催化还原N2O4(g)生成CO2、N2和H2O(g)的热化学方程式为CH4(g) +N2O4(g)=N2(g) +CO2(g) + 2H2O(g) △H=-810.0kJ/mol；（2）

NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g)

起始浓度（mol/L） 1 2 0 0

变化浓度（mol/L） 0.75 0.75 0.75 0.75

平衡浓度（mol/L） 0.25 1.25 0.75 0.75

则10s内反应的平均速率v(SO2)=0.75mol/L÷10s＝0.075 mol/ (L·s)；达到平衡时NO2转化率=0.75/1×100%＝75%；计算该温度下该反应的化学平衡常数K=＝1.8。（3）正反应是熵值减小的可逆反应，根据△G=△H-T·△S<0可知该反应在一定条件下能自发进行的原因是△H＜0。a.CO2与H2O(g)浓度相等不能说明中逆反应速率，反应不一定处于平衡状态，a错误；b.正反应体积减小，则容器中气体的压强不再改变说明反应达到平衡状态，b正确；C.2v(NH3)正=v(H2O)逆不满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此反应没有处于平衡状态，c错误；d.容器容积不变，混合气体的质量变化，所以容器中混合气体的密度不再改变说明反应达到平衡状态，d正确，答案选bd。（4）①a室为阳极，发生氧化反应，电极方程式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；②c室发生2H2O+2e-=2OH-+H2↑，可用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH，以达到排放标准。