Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

 

．
（2）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應：

2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．若在一定溫度下，將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示，計算該反應的化學平衡常數(shù)：K=

 

．若升高溫度則平衡常數(shù)將

 

（變大、不變、變�。�．若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”）．20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發(fā)生如圖2所示的變化，則改變的條件可能是

 

（填序號）．
①．加入催化劑　       ②．降低溫度　    ③．縮小容器體積　     ④．增加CO₂的量
（3）肼（N₂H₄）用亞硝酸氧化生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分數(shù)為0.977．寫出肼與亞硝酸反應的化學方程式

 

．
（4）如圖2所示裝置可用于制備N₂O₅，則生成N₂O₅的那一電極為

 

（填“陰極”或“陽極”），反應式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,化學電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念列式計算，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
（3）氮的氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分數(shù)為0.977，則可以求出氮氫原子個數(shù)，得出該氫化物，獲得肼和亞硝酸反應生成產(chǎn)物；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去電子，所以N₂O₅在陽極區(qū)生成．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
由蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）依據(jù)圖象分析，15分鐘時達到平衡時氮氣濃度為0.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常數(shù)K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035；正反是放熱反應，升高溫度K值減小；若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不動；①．加入催化劑，平衡不移動，故不選； ②．降低溫度，平衡正向移動，故選；　 ③．縮小容器體積，平衡正向移動，故選；④．增加CO₂的量，平衡逆向，故不選；故選②③，故答案為：0.035；變小 不；②③；
（3）氮的氫化物的相對分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分數(shù)為0.977，則氮氫原子個數(shù)比=

43×0.977 14

43×0.023 1

=3：1，所以該氫化物是NH₃，肼和亞硝酸反應生成氨氣和水，所以其反應方程式為N₂H₄+HNO₂=NH₃+2H₂O，故答案為：N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O；
（4）從電解原理來看，N₂O₄制備N₂O₅為氧化反應，則N₂O₅應在陽極區(qū)生成，反應式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺，故答案為：陽極；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

點評：本題設計電化學、熱化學以及化學反應平衡等綜合知識，是一道綜合考查題，難度不大．