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【题目】氮氧化物(NOx)是严重的大气污染物,能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。回答下列问题

(1)利用甲烷催化可还原NOx,相关反应如下

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ·mol-1

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-574kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-1160kJ·mol-1

写出常温常压下,甲烷完全燃烧的热化学方程式:_______。

(2)在催化剂条件下,可发生反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)。分别在T1、T2两个温度下,向容积均为2L的甲、乙两个恒容密闭容器中分別充入0.20 mol NO(g)和0.20 mol CO(g)。反应过程中两容器中CO2的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。

①甲容器中,用NO表示5min内反应速率为_____。

②T1___(填“>”或“<”)T2,该反应是_____(填“吸热”或“放热”)反应。

③T2温度时,该反应的平衡常数是_____L/mol(结果保留小数点后两位),与T2时相比,T1温度时的平衡常数更___(填“大”或“小”)。

④乙容器达到平衡后,再充入0.10mlNO和0.10molCO2,此时υ(正)___(填“>”或“<”)v(逆)。

(3)NO2和NO的混合物可被NaOH吸收生成 NaNO2。已知HNO2是一元弱酸,写出NaNO2溶液中离子浓度的大小关系:___。常温下,pH=9的NaNO2溶液中,c(Na+)—c(NO2-)=_______(列出数学计算式)。

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=799kJ·mol1 0.01mol/L·min > 放热 42.19 小 > c(Na+)>c(NO)>c(OH)>c(H+) 105109

【解析】

(1)CH4在常温常压下,甲烷完全燃烧的化学方程式为CH4+2O2=CO2+2H2O(l),①N2(g)+O2(g)=2NO(g),②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),②+2×①,△H=(-1160kJ·mol-1+2×180.5kJ·mol-1)=-799kJ·mol-1,即CH4燃烧的热化学反应方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=799kJ·mol1;

答案是CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=799kJ·mol1;

(2)①甲容器中生成CO2浓度为0.05mol·L-1,则消耗NO的浓度为0.05mol·L-1,根据化学反应速率的数学表达式,v(NO)==0.01mol/(L·min);

答案为0.01mol/(L·min);

②甲先达到平衡,说明甲的温度高于乙,即T1>T2;根据图像,随着温度升高,CO2浓度降低,即平衡向逆反应方向移动,推出该反应的正反应方向为放热反应;

答案是>;放热反应;

③ 2NO+2CON2+2CO2

起始(mol/L):0.10 0.10 0 0

变化: 0.06 0.06 0.03 0.06

平衡: 0.04 0.04 0.03 0.06 根据平衡常数的表达式,K=,代入数值得出:K=42.19;该反应为放热反应,温度越高,化学平衡常数越小,因此T1温度时的平衡常数小;

答案为42.19;小;

④在通入0.10molNO和0.1molCO2,此时NO的浓度为0.09mol·L-1,CO的浓度为0.04mol·L-1,N2浓度为0.03mol·L-1,CO2的浓度为0.11mol·L-1,浓度商Qc==≈28<42.19,反应向正反应方向移动,即v(正)>v(逆);

答案是>;

(3)NaNO2为强碱弱酸盐,NO3-发生水解,溶液显碱性,因盐类水解程度微弱,因此离子浓度大小比较:c(Na+)>c(NO2-)>c(OH-)>c(H+);利用电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(NO2-),有c(Na+)-c(NO2-)=c(OH-)-c(H+)=(10 -5-10-9);

答案是:c(Na+)>c(NO2-)>c(OH-)>c(H+);(10 -5-10-9)。

练习册系列答案
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