Question

6．氮氧化物能造成光化學(xué)煙霧，引起大氣污染，用以下方法可以消除．
Ⅰ．活性炭還原法處理氮氧化物．若向2L密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測得各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度如下：

濃度（mol/L） 時(shí)間（min）	NO	甲	乙
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+2NO?N₂+CO₂
（2）T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.56（保留兩位小數(shù)）
（3）30min時(shí)改變的條件是分離出乙．若30min后升高溫度至T₂，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比為2：1：1，則反應(yīng)的△H＜0（填“＜”、“=”、“＞”）．
Ⅱ．以NO、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖所示，在使用過程中石墨電極Ⅰ生成NO₂．
（4）石墨電極Ⅰ的反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；為了使該燃料電池長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨電極Ⅱ電極處通入一種氧化物Y，Y是N₂O₅（填物質(zhì)的化學(xué)式）．
Ⅲ．CH₄催化還原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
（5）寫出CH₄（g）與NO（g）反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol．
（6）恒容時(shí)，甲烷與二氧化氮在一定條件下只發(fā)生①反應(yīng)，下列各項(xiàng)中能夠判斷該反應(yīng)一定達(dá)平衡的是BC（填寫正確選項(xiàng)的字母）．
A．混合氣體的總壓強(qiáng)不改變
B．混合氣體的相對分子質(zhì)量不再改變
C．混合氣體的密度不再改變
D．v（CH₄）_正=4v（NO）_逆E．c（NO）：c（CO₂）=4：1．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反應(yīng)物為活性炭和NO，生成物甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，依此書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、乙的濃度減小，甲的濃度增大，說明改變條件是分離出乙物質(zhì)；
根據(jù)濃度比值的變化來確定移動方向；
Ⅱ．（4）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)；
Ⅲ．（5）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，書寫熱化學(xué)方程式；
（6）恒容時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志依據(jù)“變量不變”方向判斷，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；

解答 解：Ⅰ．（1）反應(yīng)物為活性炭和NO，生成物甲和乙均為參與大氣循環(huán)的物質(zhì)，故反應(yīng)方程式為：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
（2）20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）•c（N{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.04{\;}^{2}}$=0.56，
故答案為：0.56；
（3）根據(jù)表中數(shù)值知，NO、乙的濃度減小，甲的濃度增大，說明改變條件是分離出乙物質(zhì)；
30min時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、甲、乙的濃度之比為2：1：1，則平衡向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：分離出乙；＜；
Ⅱ．（4）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO-2e^-+2NO₃^-═NO₂+N₂O₅，負(fù)極生成N₂O₅，為了使該燃料電池長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨電極Ⅱ電極處通入N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅；
Ⅲ．（5）①CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由②×2-①-③×2得CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-955）×2-（-622）-（-44）×2=-1200kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1200kJ/mol；
（6）恒容時(shí)，能判斷該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)組分含量不變，對于反應(yīng)CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），
A．該反應(yīng)為前后氣體體積不變，所以混合氣體的總壓強(qiáng)不改變，不能判斷該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
B．該反應(yīng)為前后氣體的物質(zhì)的量不變，氣體質(zhì)量不守恒，所以混合氣體的相對分子質(zhì)量不再改變時(shí)，則說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)；
C．該反應(yīng)為前后氣體體積不變，氣體質(zhì)量不守恒，所以混合氣體的密度不再改變時(shí)，則說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)；
D．當(dāng)4v（CH₄）_正=v（NO）_逆時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．氣體的濃度之比與起始量有關(guān)，與反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)無關(guān)，所以c（NO）：c（CO₂）=4：1，不能判斷該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
故選BC．

點(diǎn)評 本題考查斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動的影響因素、原電池等，原電池原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)書寫，難度中等．