Question

10．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）利用ClO₂氧化氮氧化物反应过程如下：

反应I的方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，该反应的氧化产物为NO₂、HNO₃，
反应II的化学方程式为2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄．
（2）可用甲烷催化还原氮氧化物．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
①已知NO气体会分解为NO₂气体和N₂气体，写出该反应的热化学方程式4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁）．
②现有一份NO与NO₂的混合气体，其平均相对分子量为34，用16g甲烷气体催化还原该混合气 体，恰好完全反应生成氮气，二氧化碳气体和水蒸气，共放出热量1042.8kJ．则该混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为3：1，若已知上述反应△H₂=-1160kJ•mol^-1，则△H₁=-574 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中，化合价升高的物质作还原剂，还原剂发生氧化反应，生成的产物为氧化产物；二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被还原成氮气；
（2）①根据盖斯定律结合已知方程式构建目标方程式，焓变与化学计量数成正比；
②相同条件下，不同气体的摩尔质量之比等于其密度之比，据此计算氮氧化物平均摩尔质量，再根据平均摩尔质量计算NO和二氧化氮的物质的量之比；
根据盖斯定律确定甲烷和二氧化氮之间的方程式，根据甲烷和NO、NO₂之间的反应确定分别和NO、NO₂之间反应需要甲烷的物质的量之比，再根据焓变进行计算．

解答 解：（1）反应Ⅰ的化学方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl化合价变化为：化合价升高：NO（+2）→NO₂（+4）、HNO₃（+5），化合价降低：ClO₂（+4）→HCl（-1），化合价升高的物质作还原剂，还原剂发生氧化反应，生成的产物为氧化产物，所以：该反应的氧化产物为NO₂、HNO₃，二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被还原成氮气，方程式为2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，
故答案为：NO₂、HNO₃；2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；
（2）①Ⅰ、CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ、CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
将（Ⅱ-Ⅰ）×$\frac{1}{2}$得：4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁），
故答案为：4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁）；
②NO与NO₂的混合气体，其平均相对分子量为34，所以混合气体的摩尔质量为34g/mol，设n（NO）为x，n（NO₂）为y，
混合气体摩尔质量=$\frac{30xg+46yg}{（x+y）mol}$=34g/mol，x：y=3：1，
16g甲烷的物质的量=$\frac{16g}{16g/mol}$=1mol，CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根据盖斯定律知，CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（△H₁+△H₂），NO和NO₂的物质的量之比为3：1，根据方程式知，当NO和NO₂完全转化为氮气时，分别和NO、NO₂反应的甲烷的物质的量之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{2}$=3：2，则有0.6mol甲烷和NO反应、0.4mol的甲烷和NO₂反应，0.6mol甲烷和NO反应放出的热量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ，0.4mol甲烷和NO₂完全反应放出的热量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ，则0.4mol甲烷和NO₂完全反应放出的热量=0.5（△H₁+△H₂）×0.4mol=0.2mol×（1160kJ/mol+△H₂）=346.8kJ，则△H₂=$\frac{346.8kJ}{0.2mol}$=-574 kJ/mol，
故答案为：3：1；-574 kJ/mol．

点评 本题综合考查了反应热的计算，侧重于对基础知识综合应用的考查，注意盖斯定律的熟练应用，题目难度中等．