Question

10．燃煤和汽车尾气是造成雾霾天气的主要因素．
（1）汽车净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
①写出该反应平衡常数的表达式$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$
②若某温度下K=15，某时刻，2L容器中的NO、CO、CO₂、N₂物质的量均为0.1mol，则此时反应移动方向逆移（填“逆移”、“正移”、“不移”）
（2）煤直接燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物，可用甲烷催化还原消除其对大气的污染．
已知：CH₂（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（I）△H=-44.0kJ/mol
①写出常温下甲烷催化还原N₂O₄（g）生成N₂和CO₂和液态水的热化学方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol．
②对于甲烷催化还原NO₂的反应，以下说法正确的是AC
A．若K（T₁）＞K（T₂），则T₁＜T₂
B．增大压强有利于提高NO₂的转化率
C．当有0.4mol碳氢键断裂，同时由0.4mol氢氧键断裂，可知反应达到了平衡状态
D．活化键：E（正）＞E（逆）
（3）甲烷燃烧电池可以提升能量利用率，写出当以氢氧化钾为电解质溶液时，该电池的负极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）①平衡常数等于生成物浓度的幂之积比上反应浓度幂之积；
②根据该反应的浓度商和化学平衡常数的关系判断平衡移动方向；
（2）①根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；
②根据①得出甲烷催化还原NO₂的反应为气体体积增大的放热反应，据此分析；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，氢氧化钾为电解质溶液时，发生氧化反应生成CO₃^2-和H₂O．

解答 解：（1）①平衡常数等于生成物浓度的幂之积比上反应浓度幂之积，即：K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$，故答案为：K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$；
②若某温度下2L容器中的NO、CO、CO₂、N₂物质的量均为0.1mol，则此时刻体系中NO、CO、CO₂、N₂的浓度均为0.05 mol•L^-1浓度商=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$=$\frac{0.05×0.05{\;}^{2}}{0.05{\;}^{2}×0.05{\;}^{2}}$=20＞15，所以平衡向左移动，故答案为：逆移；
（2）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根据盖斯定律，①-②+③×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
②A．因为该反应为放热反应，所以升温平衡向逆反应方向移动，K变小，所以若K（T₁）＞K（T₂），则T₁＜T₂，故正确；
B．因为该反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，降低NO₂的转化率，故错误
C．当有0.4mol碳氢键断裂即消耗0.1mol甲烷，同时由0.4mol氢氧键断裂即消耗0.2mol水，正逆反应速率相等，可知反应达到了平衡状态，故正确；
D．因为该反应为放热反应，所以活化键：E（正）＜E（逆），故错误；
故选：AC；
（3）原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，氢氧化钾为电解质溶液时，发生氧化反应生成CO₃^2-和H₂O，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查了盖斯定律求焓变、化学平衡影响因素，化学反应速率，平衡常数概念计算应用，注意平衡的条件分析是解题关键，题目难度中等．