Question

硝酸廠廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物可污染大氣，現(xiàn)有幾種消除氮氧化物的方法如下：目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（1）方法一：CH₄催化還原法．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ?mol^-1
現(xiàn)有一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，用22.4L（標準狀況下）甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好完全反應（已知生成物全部為氣態(tài)），并放出1042.8KJ的熱量，則△H₂為

 

；
寫出CH₄（g）與NO₂ （g）反應生成N₂ （g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式

 

．
（2）方法二：活性炭還原法．
某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，且反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

	NO	甲	乙
0	0.200	0	0
10	0.116	0.042	0.042
20	0.080	0.060	0.060
30	0.080	0.060	0.060

由以上信息可知：
①該原理的化學方程式為

 

．
②該溫度下的平衡常數K=

 

．（保留小數點后兩位有效數字）
③若20min后升高溫度至T₂℃，達到平衡后，若容器中NO、甲、乙的濃度之比為1：1：1，則該反應的△H

 

 0．（填“＞“、“＜“、“=“）
（3）方法三：NH₃催化還原氮氧化物（SCR技術）．該技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．
反應原理為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）　每生成1molN₂轉移的電子數為

 

．
（4）方法四：ClO₂氧化氮氧化物．其轉化流程如下：NO

ClO2

反應I

NO₂

Na2SO3水溶液

反應II

N₂
已知反應Ⅰ的化學方程式為2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，則反應Ⅱ的化學方程式是

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學方程式的書寫,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,氧化還原反應的計算

專題：

分析：（1）相同條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質的量之比為3：1，設NO、NO₂的物質的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反應需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同時生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應放出的熱量為（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反應放出的熱量=

3.2△H2

4

，
據此計算△H₂；
根據蓋斯定律書寫該熱化學方程式；
（2）①向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，二者為N₂和CO₂，該反應方程式為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）
②化學平衡常數K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

；
③升高溫度平衡向吸熱反應方向移動；
（3）根據氮氣和轉移電子之間的關系式計算；
（4）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應．

解答： 解：（1）相同條件下，氣體的體積之比等于物質的量之比，所以一混合氣體中NO與NO₂的體積比為3：1，則物質的量之比為3：1，設NO、NO₂的物質的量分別是3xmol、xmol，n（CH₄）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，
NO₂完全反應需要n（CH₄）=

1

4

×xmol=0.25xmol，同時生成n（NO）=n（NO₂）=xmol，則總的n（NO）=4xmol，
NO完全反應需要n（CH₄）=xmol，
xmol+0.25xmol=1mol，x=0.8，則NO、NO₂的物質的量分別是2.4mol、0.8mol，
NO₂完全反應放出的熱量為（

574

4

×0.8）kJ，
NO完全反應放出的熱量=

3.2△H2

4

kJ，
放出的總熱量=（

574

4

×0.8）kJ+

3.2△H2

4

kJ=1042.8kJ，
則△H₂=1160，
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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：-1160kJ/mol；CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
（2）①向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，只生成甲和乙，甲和乙均為參與大氣循環(huán)的氣體，二者為N₂和CO₂，該反應方程式為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），
故答案為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
②各物質濃度不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，化學平衡常數K=

c(N2)．c(CO2)

c2(NO)

=

0.060×0.060

0.080×0.080

=0.56，故答案為：0.56；
③20min后容器中NO、甲濃度之比大于1：1，升高溫度后其濃度之比為1：1，說明平衡向正反應方向移動，則正反應是吸熱反應，焓變大于0，故答案為：＞；
（3）2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）中N元素化合價由-3價、+2價、+4價變?yōu)?價，轉移電子數為6，生成的氮氣中有一半是氧化產物、一半是還原產物，所以每生成1molN₂有0.5mol是氧化產物，轉移電子物質的量=0.5mol×2×[0-（-3）]=3mol，則轉移電子數為3N_A，
故答案為：3N_A；
（4）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應，方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，故答案為：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄．

點評：本題考查化學平衡計算、氧化還原反應的計算、蓋斯定律等知識點，側重考查基本理論、計算能力，注意平衡常數K計算時要用濃度而不是物質的量，注意（1）中二氧化氮生成的NO也參加反應，很多同學往往漏掉生成的NO而導致錯誤，為易錯點．