Question

19．汽车尾气作为空气污染的主要来源之一，含有大量的有害物质，包括CO、
NO_x、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等．对汽车尾气的治理是环境工作者面临的挑战．试回答以下问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160KJ/mol
②CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574KJ/mol
则由CH₄将NO₂完全还原成N₂，生成CO₂和水蒸气的热化学方程式是CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）NO_x也可以被NaOH溶液吸收而生成NaNO₃、NaNO₂，已知某温度下，HNO₂的电离常数K_a=9.7×10^-4，
NO₂^-的水解常数K_h=8.0×10^-10，则该温度下水的离子积常数=K_a×K_h（用含K_a、K_h的代数式表示），此时溶液的温度＞25^°C（“＞”、“＜”、“=”）．
（3）化工上利用CO合成甲醇，反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol．
不同温度下，CO的平衡转化率如图所示：图中T₁、T₂、T₃的高低顺序是T₁＜T₂＜T₃，理由是该反应为放热，温度越高，反应物的转化率越低．
（4）化工上还可以利用CH₃OH生产CH₃OCH₃．在体积均为10L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

该反应的正反应放热为反应（填“放热”、“吸热”），若起始时向容器Ⅰ中充入CH₃OH0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol和H₂O0.10mol，则反应将向正方向进行（填“正”、“逆”）．

Answer 1

分析 （1）已知①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），据此分析；
（2）依据亚硝酸根离子水解平衡常数表达式变式计算分析；
（3）正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；
（4）对比I、Ⅱ可知，升高温度CH₃OCH₃（g）的物质的量减小，说明平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动；
根据I中数据计算平衡常数，计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行．

解答 解：（1）已知①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
利用盖斯定律将$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=867kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，Kh=$\frac{c（HN{O}_{2}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=$\frac{c（HN{O}_{2}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$，则Kw=Kh×Ka=8.0×10^-10mol•L^-1×9.7×10^-4mol•L^-1=7.76×10^-13，＞常温下Kw=10^-14，温度高于常温，＞25°C，
故答案为：K_a×K；＞；
（3）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，图中T₁、T₂、T₃的高低顺序T₁＜T₂＜T₃，
故答案为：T₁＜T₂＜T₃，该反应为放热，温度越高，反应物的转化率越低；
（4）对比I、Ⅱ可知，升高温度CH₃OCH₃（g）的物质的量减小，说明平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，则正反应为放热反应，容器Ⅰ中平衡时c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L，容器Ⅰ中化学平衡常数K₁=$\frac{c（{H}_{2}O）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4，此时浓度商Qc=$\frac{c（{H}_{2}O）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67＜K=4，反应向正反应进行．
故答案为：放热，正．

点评 本题目综合考查盖斯定律的应用、化学反应平衡常数的计算和应用、图象分析判断等方面的知识，侧重于影响平衡移动及平衡常数的因素的考查，注意知识的归纳和整理是关键，题目难度中等．注意料电池反应的特点．