Question

1．运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义．
（1）某硝酸厂处理尾气中NO的方法是：催化剂存在时用H₂将NO还原为N₂．已知：

则氮气和水蒸气反应生成氢气和一氧化氮的热化学方程式是N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665kJ•mol^-1
（2）在压强为0.1Mpa条件，将a mol CO和3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$
②若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是B
A．升高温度
B．将CH₃OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
（3）某研究小组在实验室研究某催化剂效果时，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如图1

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为NO分解反应是放热反应，升高温度不利于反应进行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，应控制最佳温度在870℃或相近温度左右．
②用C_xH_y（烃）催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染．写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图2示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）根据能量变化图，则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量，据此书写；
（2）①依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数表达式；
②增加甲醇产率需要平衡正向进行，依据平衡移动原理结合反应特征是气体体积减小的放热反应分析选项判断；
（3）①分析图象的曲线变化特征判断，升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；
②C₂H₆与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O，由此书写化学方程式；
（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

解答 解：（1）根据能量变化图，则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量，热化学方程式为：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1，所以氮气和水蒸气反应生成氢气和一氧化氮的热化学方程式是N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665 kJ•mol^-1，故答案为：N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665 kJ•mol^-1；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应的平衡常数为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②A．升高温度，平衡逆向进行，甲醇产率减小，故A错误；                       
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向进行，甲醇产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，分压不变，平衡不动，故C错误；     
故答案为：B；
（3）①升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；由图可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的条件下，870℃时，NO还原为N₂的转化率为100%，
故答案为：NO分解反应是放热反应，升高温度不利于反应进行；870℃或相近温度；
②C₂H₆与NO₂发生反应生成无毒的N₂、CO₂和H₂O，所以化学方程式为4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O，故答案为：4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O；
（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

点评 本题考查了原电池原理、方程式的书写、化学平衡常数、平衡移动等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．