Question

氮氧化物能造成光化学烟雾，引起大气污染，用以下方法可以消除．

Ⅰ．活性炭还原法处理氮氧化物．若向2L密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的物质，反应进行到不同时间测得各物质的物质的量浓度如下：

	NO	甲	乙
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）该反应的化学方程式为

 

．
（2）T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

．
（3）30min时改变的条件是

 

．若30min后升高温度至T₂，达到平衡时，容器中NO、甲、乙的浓度之比为2：1：1，则反应的△H

 

0（填“＜”、“=”、“＞”）．
Ⅱ．以NO、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图1所示，在使用过程中石墨电极Ⅰ生成NO₂．
（4）石墨电极Ⅰ的反应式为

 

；为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨电极Ⅱ电极处通入一种氧化物Y，Y是

 

（填物质的化学式）．
Ⅲ．CH₄催化还原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
（5）写出CH₄（g）与NO（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式

 

．
（6）假设在某温度下反应①的速率（v₁）大于反应②的速率（v₂）则下列反应过程能量变化示意图正确的是

 

（填写正确选项的字母）．

（7）恒温恒容条件下，假设反应①和②同时发生，且v₁＞v₂，请在如图2中画出反应体系中c（NO）随时间t变化的总趋势图．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学反应的能量变化规律,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：Ⅰ．（1）反应物为活性炭和NO，生成物甲和乙均为参与大气循环的物质，依此书写化学方程式；
（2）根据平衡常数的定义进行计算；
（3）根据表中数值知，NO、乙的浓度减小，甲的浓度增大，说明改变条件是分离出乙物质；
根据浓度比值的变化来确定移动方向；
Ⅱ．（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应；
Ⅲ．（5）根据盖斯定律进行计算，书写热化学方程式；
（6）反应Ⅰ的速率（v₁）大于反应Ⅱ的速率（v₂），则反应Ⅱ的活化能较大；反应①②都为放热反应，且反应②放出的热量多，结合图象进行分析判断；
（7）反应①和②同时发生，且v₁＞v₂，所以刚开始生成NO的速率快，随着反应②进行，生成二氧化碳越来越多，促使反应①平衡向左移动，导致NO的量降低，直到达到平衡不再变化．

解答： 解：Ⅰ．（1）反应物为活性炭和NO，生成物甲和乙均为参与大气循环的物质，故反应方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，故答案为：C+2NO?N₂+CO₂；
（2）20-30min时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案为：0.56；
（3）根据表中数值知，NO、乙的浓度减小，甲的浓度增大，说明改变条件是分离出乙物质；
30min时，容器中NO、甲、乙的浓度之比=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、甲、乙的浓度之比为2：1：1，则平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；分离出乙；
Ⅱ．（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO-2e^-+2NO₃^-═NO₂+N₂O₅，负极生成N₂O₅，为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨电极Ⅱ电极处通入N₂O₅，
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅；
Ⅲ．（5）①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由②×2-①-③×2得CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-955）×2-（-622）-（-44）×2=-1200kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol；
（6）反应Ⅰ的速率（v₁）大于反应Ⅱ的速率（v₂），则反应Ⅱ的活化能较大，故B、D错误；反应①②都为放热反应，且反应②放出的热量多，故A错误，C正确；
故答案为：C；
 （7）反应①和②同时发生，且v₁＞v₂，所以刚开始生成NO的速率快，随着反应②进行，生成二氧化碳越来越多，促使反应①平衡向左移动，导致NO的量降低，直到达到平衡不再变化，故图象为：，故答案为：．

点评：本题考查斯定律的应用、化学平衡常数、化学平衡移动的影响因素、原电池等，原电池原理的应用和电极反应书写，难度中等．