Question

16．氮氧化物（NO_x）、CO_x和有机氢化物等气体会造成环境问题．对上述废气进行化学方法处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．
（1）合成氨所需的氢气可以用以下方法制得：
舒中高三理综 第10页 （共18页）
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ?mol^-1
则氢气与二氧化碳反应生成甲烷和水蒸气的热化学方程式为CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol
对于反应①，一定能提高平衡体系中H₂的百分含量，同时能加快反应速率的是A（填字母序号）．
A．升高温度                    B．增大水蒸气浓度
C．加入催化剂                  D．降低压强
（2）工业上利用CO₂生成甲醇燃料，反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O   （g）△H=-49.0kJ•mol^-1．将6mol CO₂和8mol H₂充入容器为2L的密闭容器中，恒温下，H₂的物质的量随时间变化如图1实线所示（图中字母后的数字表示对应坐标）．
①反应在0min～8min内CO₂的平均反应速率为0.125mol/（L•min）．
②仅改变某一条件再进行实验，测得H₂物质的量变化如图1虚线所示．与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是升温．

（3）用NaOH溶液可吸收氮的氧化物（NO_x，将一定量的NO、NO₂混合气体通入NaOH溶液恰好反应得NaNO₂，将此溶液和一定量NaOH溶液分别加到图2所示的电解槽中用惰性电极进行电解，A室产生了N₂．
①NaOH溶液吸收NO、NO₂混合气体的离子方程式NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O
②A室中NO₂^-发生反应的电极反应式是2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑．
（4）利用空气催化氧化法制取联氨，其有关物质的转化如图3所示（R₁、R₂代表烃基）．
 反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，保持溶液中酮的物质的量不变，需要消耗O₂的物质的量为0.25mol
②在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入NH₃、O₂混合气体，并充分搅拌．上述转化的相关过程说法正确的是A、B
A．  为该转化过程的催化剂
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可适当增大通入的空气量
C．上述转化过程中不存在氧化还原反应．

Answer 1

分析 （1）氢气与二氧化碳反应生成甲烷和水蒸气的化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），该反应可由已知焓变的热化学方程式推导，根据盖斯定律求解该反应的焓变；
反应①为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，随着反应的进行，气体分子数增多，体系压强增大，反应为吸热的反应，因此降低压强，升高温度，均有利于反应向正反应方向进行，据此分析；
（2）①根据图象分析，反应从0～8min内，经历的时间为△t=8min，H₂的物质的量变化为△n=8-2=6mol，密闭容器的体积为V=2L，则H₂的化学反应平均速率为$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$，根据化学反应的平均速率之比等于化学计量数之比，据此计算CO₂的化学平均反应速率；
②仅改变某一条件再进行实验，测得H₂物质的量变化如图1虚线所示，根据图象分析，改变条件后，反应更快达到了平衡，表明化学反应速率加快，且平衡向逆反应方向移动，据此判断改变的条件；
（3）①一定量的NO、NO₂混合气体通入NaOH溶液恰好反应得NaNO₂，据此写出反应的离子方程式，注意配平；
②A室产生了N₂，表明NO₂^-在此反应过程中得到了电子，N元素化合价降低，考虑到NaNO₂水解，溶液是碱性，反应中有OH^-存在，据此写出电极反应式；
（4）①反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，反应失去的电子数为1mol，保持溶液中酮的物质的量不变，根据电子得失守恒计算反应消耗O₂的物质的量；
②在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入NH₃、O₂混合气体，并充分搅拌，根据转化图分析，在反应过程中充当载体的作用，反应前后本身化学性质并不发生改变，整个反应中存在氧化还原反应，据此逐项分析．

解答 解：（1）氢气与二氧化碳反应生成甲烷和水蒸气的化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），该反应可由-（①+②）得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=-（△H₁+△H₂）=-（206.4-41.2）=-165.2kJ/mol，
反应①为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，随着反应的进行，气体分子数增多，体系压强增大，反应为吸热的反应，因此降低压强，升高温度，均有利于反应向正反应方向进行，
A．升高温度，使化学平衡向正反应方向移动，能提高平衡体系中H₂的百分含量，同时加快反应速率，故A可选；
B．增大水蒸气浓度，使化学平衡正向移动，能提高平衡体系中H₂的物质的量，也能提高整体化学反应速率，但增大水蒸气浓度，并不能抵消反应，有可能使平衡体系中H₂的百分含量降低，故B不选；
C．加入催化剂，催化剂能加快化学反应速率，但不改变化学平衡，即平衡体系中H₂的百分含量和未使用催化剂前一样，故C不选；
D．降低压强，使化学平衡向正反应方向移动，能提高平衡体系中H₂的百分含量，但不提高反应的化学反应速率，故D不选，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol；A；
（2）①根据图象分析，反应从0～8min内，经历的时间为△t=8min，H₂的物质的量变化为△n=8-2=6mol，密闭容器的体积为V=2L，则H₂的化学反应平均速率为$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$=$\frac{6mol}{2L×8min}$=0.375mol/（L•min），根据化学反应的平均速率之比等于化学计量数之比，则$\overline{r}（C{O}_{2}）$=$\frac{1}{3}\overline{r}（{H}_{2}）$=0.125mol/（L•min），
故答案为：0.125mol/（L•min）；
②仅改变某一条件再进行实验，测得H₂物质的量变化如图1虚线所示，根据图象分析，改变条件后，反应更快达到了平衡，表明化学反应速率加快，且平衡向逆反应方向移动，因此曲线I改变的条件可能是升温，
故答案为：升温；
（3）①一定量的NO、NO₂混合气体通入NaOH溶液恰好反应得NaNO₂，则反应的离子方程式为：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O，
故答案为：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O；
②A室产生了N₂，表明NO₂^-在此反应过程中得到了电子，N元素化合价降低，考虑到NaNO₂水解，溶液是碱性，反应中有OH^-存在，由于反应是得到电子的反应，根据电荷守恒，反应应该是生成OH^-，因此A室中NO₂^-发生反应的电极反应式是：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑，
故答案为：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑；
（4）①反应中当有1mol NH₃转化为N₂H₄时，N从-3价变为-2价，则1molNH₃反应失去的电子数为1mol，保持溶液中酮的物质的量不变，1molO₂参加反应失去的电子数为2×2=4mol，根据电子得失守恒，需要消耗O₂的物质的量为n（O₂）=$\frac{1}{4}$=0.25mol，
故答案为：0.25mol；
②在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入NH₃、O₂混合气体，并充分搅拌，根据转化图分析，在反应过程中充当载体的作用，反应前后本身化学性质并不发生改变，整个反应中存在氧化还原反应，
A．在反应过程中充当载体的作用，反应前后本身化学性质并不发生改变，充当催化剂的作用，故A正确；
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可考虑将NH₃催化氧化成N₂H₄，可适当增大通入的空气量达到目的，故B正确；
C．上述转化过程中通入空气，空气中的O₂为氧化剂，反应存在氧化还原反应，故C错误；
故选AB．

点评 本题主要考察化学原理部分知识，包含热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，化学平衡的移动，化学反应速率对的计算，氧化还原反应方程式的书写和配平及计算，流程的分析，牢牢把握守恒思想是关键．本题涉及的知识点较多，是综合题，难度中等．