Question

2．随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十三五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度．目前，消除氮氧化物污染的方法有多种．
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为C（s）+2NO（g）?（g）+CO₂（g），某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol•L-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
l0	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.017	0.034
50	0.032	0.017	0.034

①30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是降低N₂的浓度．
②若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
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
③H₂O（g）═H₂O（I）△H=-44.0kJ•mol^-1
写出CH₄ （g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1．
（3）①取五等份NO₂，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．反应相同时间后，分别测定体系中NO₂的百分含量（NO₂%），并作出其随反应温度（T）变化的关系图．下列示意图中如图1，可能与实验结果相符的是BD．

②保持温度、体积不变，向上述平衡体系中再通入一定量的NO₂，则达平衡时NO₂的转化率增大（填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”）．
③由NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图2所示，在使用过程中石墨I电极上发生反应生成一种氧化物Y，其电极反应式NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①依据图表数据计算分析判断，K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依据平衡浓度之比和30min前达到的平衡浓度比较分析平衡移动方向，结合平衡移动原理判断反应热量变化；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算，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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到；
（3）①在恒容状态下，在五个相同的容器中同时通入等量的NO₂，反应相同时间．达到平衡状态之前，温度越高，反应速率越大，导致NO₂的百分含量越小；达到平衡后，因为该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO₂的百分含量随温度升高而升高；在D图中转折点为平衡状态，转折点左侧为平衡状态之前，右侧为平衡状态；
②保持温度体积不变，向上述平衡体系中再通入一定量的NO₂，相当增大压强；
③燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成氧化物N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；

解答 解：（1）①30min时改变某一条件，反应重新达到平衡，平衡得到c（CO₂）=0.034mol/L；c（N₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.017×0.034}{（0.032）^{2}}$=0.56，化学平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度减小，反应前后气体体积不变，所以可能是减小二氧化碳浓度；故答案为：减小N₂的浓度；
②若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，和图表数据分析判断，平衡逆向进行，由平衡移动原理可知，升温平衡向吸热反应方向进行，所以正反应为放热反应；反应的△H＜0；
故答案：＜；
（2）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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（3）①A、因为该反应是放热反应，温度越高，平衡向逆反应方向移动，NO₂的百分含量随温度升高而升高，故A错误；
B、因为该反应是放热反应，温度越高，平衡向逆反应方向移动，NO₂的百分含量随温度升高而升高，故B正确；
C、若5个容器中有未达到平衡状态的，那么温度越高，反应速率越大，会出现温度高的NO₂转化得快，导致NO₂的百分含量少的情况，不可能出现NO₂的百分含量不变的情况，故C错误；
D、在D图中转折点为平衡状态，转折点左则为未平衡状态，右则为平衡状态，反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，故D正确；
故选BD，
故答案为：BD；
②保持温度体积不变，向上述平衡体系中再通入一定量的NO₂，相当增大压强，平衡正向移动，故答案为：增大；
③以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，二氧化氮在负极失电子发生氧化反应，元素化合价升高为+5价，氧化物为N₂O₅，反应的电极反应为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析化学平衡移动原理的应用，平衡常数计算判断，原电池原理的应用和电极反应书写，题目难度中等．