Question

1．据统计，2015年入冬以来，华北黄淮地区己经出现4次严重雾霾过程，持续时间达37天．氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，消除氮氧化物有多种方法．
（1）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．发生的化学反应是2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．
①当该反应有l mol N₂（g）生成时，电子转移总数是3N_A或1.806×10²³．
②为了加快反应反应速率，并且提高的转化率，采取的措施是a（填字母）．
a．增大NH₃的浓度   b．增大N₂的浓度   c．增大压强   d．选择合适的催化剂
（2）消除氮氧化物的另一种方法是用甲烷催化还原氮氧化物，己知：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.0kJ/mol
①则CH₄（g）将NO₂（g）还原为N₂（g）等的热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-823.3kJ/mol
②在3.0L密闭容器中，通入0.10mol CH₄和0.20mol NO₂，在一定温度进行反应，反应时间表（t）与容器内气体总压强（p）的数据如表：

时间t/min	0	2	4	6	8	10
总压强p/100kPa	4.80	5.44	5.76	5.92	6.00	6.00

该温度下的平衡常数K=0.0675．
（3）利用ClO₂消除氮氧化物的污染，反应过程如下：（部分反应物或生成物略去）
N₂$→_{反应I}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}溶液}$NO
反应I的产物中还有两种强酸生成，且其中一种强酸硝酸与NO₂的物质的量相等，若有11.2L N₂生成（标准状况），共消耗ClO₂67.5g．

Answer 1

分析 （1）①氧化还原反应中，化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数；
②化学反应是2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O是气体计量数增大的反应，提高NO_x的转化率，平衡正向移动，由此分析解答；
（2）①根据盖斯定律CH₄（g）将NO₂（g）还原为N₂（g）等的热化学方程式；
②8min时处于平衡状态，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（0.1+0.2）mol×$\frac{6}{4.8}$=0.375mol，再利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，根据K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{2}（N{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（3）根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮，根据化学方程式结合电子守恒来计算．

解答 解：（1）根据化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数，化合价升高情况：NH₃～3e^-～N₂，所以当有1mol N₂（g）生成，该反应的电子转移的量是3mol，总数是3N_A或1.806×10²³，
故答案为：3N_A或1.806×10²³；
②化学反应是2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）?2N₂（g）+3H₂O是气体计量数增大的反应，提高NO_x的转化率，平衡正向移动，
a．增大NH₃的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，故a正确；   
b．增大N₂的浓度，平衡逆向，NO_x的转化率减小，故b错误；  
c．增大压强，平衡逆向移动，故c错误；    
d．选择合适的催化剂，平衡不移动，故d错误；
故答案为：a；
（2）①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/mol，
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=-67.0kJ/mol，
根据盖斯定律，①-②可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-890.3kJ/mol）-（-67.0kJ/mol）=-823.3kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-823.3kJ/mol；
②8min时处于平衡状态，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（0.1+0.2）mol×$\frac{6}{4.8}$=0.375mol，设参加反应的均为为xmol，则：
                        CH₄（g）+2NO₂（g）?CO₂（g）+N₂（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）：0.1           0.2                0             0               0
变化量（mol）：x              2x                 x             x              2x
平衡量（mol）：0.1-x    0.2-2x               x             x              2x
则：0.1-x+0.2-2x+x+x+2x=0.375，
解得：x=0.075，
则平衡常数为：K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{N}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.075}{3}×\frac{0.075}{3}×（\frac{0.15}{3}）^{2}}{\frac{0.025}{3}×（\frac{0.05}{3}）^{2}}$=0.675，
故答案为：0.675；
（3）根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮，反应方程式为：2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，根据物质的性质及化合价变化可知：2NO～5e^-～NO₂+HNO₃，ClO₂～5e^-～HCl，所以有2NO₂～ClO₂，根据物质的性质及化合价变化可知：2NO₂～8e^-～N₂，Na₂SO₃～2e^-～Na₂SO₄，所以有2NO₂～4 Na₂SO₃．根据关系式有：2ClO₂～2NO₂～N₂，n（ClO₂）=2n（NO₂）=1 mol，m（ClO₂）=67.5g，
故答案为：67.5．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、氧化还原反应的计算、化学平衡及其影响等知识，题目难度较大，注意掌握化学平衡及其影响，明确三段式在化学平衡计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．