Question

14．环境问题已成为人类共同关注的话题，燃煤废气、汽车尾气中的氮氧化物（NOx）、CO等有害气体，消除方法有多种．
（1）用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NOx、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染．已知：
①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=180.5kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
写出NO（g）与CO（g）催化转化成N₂（g）和CO₂（g）的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol．
（2）①用甲烷催化还原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=QkJ•mol-1，写出上述反应的平衡常数表达式，已知该反应的平衡常数K随温度升高而减小，则Q＜  0（填“＞”或“＜”或“=”）．
②某温度下，密闭容器中CH₄与NO的起始浓度分别为1mol/L、2mol/L，其中c（NO）随时间变化如图所示，t₂时达到平衡，保持温度不变在t₂时将容器容积压缩到一半，请画出t₂-t₃c（CH₄）随时间变化的曲线．
（3）①为提高反应：CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）中的转化率，可以采取在恒压条件下充入稀有气体，解释其原因恒压充入稀有气体后体积增大，有效气体的压强减少，平衡向正反应方向移动．
②电解吸收法处理氮氧化物废气的基本原理是用硝酸吸收氮氧化物生成NO₂^-，同时用石墨电极电解将NO₂^-转化成NO₃^-，电解条件下循环利用NO₃^-来处理氮氧化物．写出该法处理NO₂总反应的化学方程式2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据方程式的加减得出NO与CO催化转化成N₂和CO₂的化学方程式，焓变相应的加减，从而得出其热化学反应方程式；
（2）①化学平衡常数等于生成浓的平衡浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，该反应的平衡常数K随温度升高而减小，说明升高温度平衡逆向移动，说明逆反应是吸热反应；
②两边的化学计量数相等，所以将容器容积压缩到一半，相当于增大压强，因两边的计量数相等，所以平衡不移动，但CH₄的浓度 是原来的2倍，由此分析作图；（3）①恒压充入稀有气体后体积增大，相当于减小压强，有效气体的压强减少，平衡向正反应方向移动；
②同时用石墨电极电解将NO₂^-转化成NO₃^-，中氮的化合价升高在阳极放电，所以阴极是溶液中的氢离子放电生成氢气，所以总的电极反应式为：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案为：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol； 
（2）①化学平衡常数等于生成浓的平衡浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，所以平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$，该反应的平衡常数K随温度升高而减小，说明升高温度平衡逆向移动，说明逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应，故答案为：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$；＜；    
②两边的化学计量数相等，所以将容器容积压缩到一半，相当于增大压强，因两边的计量数相等，所以平衡不移动，但CH₄的浓度是原来的2倍，所以CH₄的浓度为：（1-$\frac{1.5}{4}$）×2=1.25mol/L，由此作图为，故答案为：；
（3）①恒压充入稀有气体后体积增大，相当于减小压强，有效气体的压强减少，平衡向正反应方向移动，所以反应物的转化率增大，故答案为：恒压充入稀有气体后体积增大，有效气体的压强减少，平衡向正反应方向移动；
②同时用石墨电极电解将NO₂^-转化成NO₃^-，中氮的化合价升高在阳极放电，所以阴极是溶液中的氢离子放电生成氢气，所以总的电极反应式为：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑，故答案为：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

点评 本题考查化学平衡图象、化学平衡影响因素、化学平衡常数、化学平衡的计算、读图提取信息能力，难度中等，是对学生综合能力的考查，（2）为易错点，注意利用平衡常数的应用．