Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）对大气污染日趋严重，研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题，目前有很多种方法消除大气污染．
（1）可利用甲烷催化还原NO_x的方法处理NO_x，反应如下：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
则CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=

 

；
（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）CO₂?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，15分钟后达到平衡，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示，则平衡常数K=

 

（小数点后保留3位）；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1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）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2-，从而实现对SO₂的处理（总反应为2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的废气通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，则另一反应的离子方程式为

 

；
（4）肼（N₂H₄）用亚硝酸氧化可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

 

；
（5）N₂O₅是重要的硝化剂和氧化剂，可用电解法制备N₂O₅，如图2所示，N₂O₅在电解池的

 

（填“阳极”或“阴极”）区生成，其电极反应式为

 

（注意：水不参加反应）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

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）依据图象计算平衡状态物质的浓度结合平衡常数计算平衡常数；依据浓度商和平衡常数比较分析判断；20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，斜率减小反应速率减小，氮气浓度增大，根据影响速率和平衡的因素分析；
（3）催化剂的特点，反应前后质量和性质不变，则恢复原来状态，即Fe³⁺→Fe²⁺；
（4）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；
（5）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；
依据盖斯定律计算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案为：-867 kJ/mol；
（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；
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；
则Qc=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=0.035=K，所以平衡不移动；
20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，斜率减小反应速率减小，氮气浓度逐渐增大，反应是气体体积减小的放热反应，加入催化剂、增大浓度，速率均增大不符合题意，则改变的条件可能是降温，缩小体积；
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；
故答案为：0.035；不；②③；
（3）其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，则另一个反应一定有Fe³⁺→Fe²⁺，
所以反应方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）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；
（5）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+2NO₃^--2e^-═2N₂O₅；
故答案为：阳极；N₂O₄-2e^-+2NO₃^-=2N₂O₅ ．

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，难度中等．