【題目】消除氮氧化物(主要為NONO2)污染是“藍(lán)天計(jì)劃”的重要內(nèi)容之一。

(1)甲烷還原方法是在催化劑作用下可消除氮氧化物(主要為NONO2)污染, NO、O2CH4的混合物反應(yīng)體系主要發(fā)生如下反應(yīng):

2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1

CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH=-802. 3 kJmol-1

CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ΔH=-1160kJmol-1

則反應(yīng)CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O (g)的ΔH= ______。

反應(yīng)CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (l) ΔH=-a kJmol-1,則a ____ 802. 3(填“>”、“<”“=”)。

在一定溫度下,提高反應(yīng)③中NO 轉(zhuǎn)化率可采取的措施是 _____。

(2)利用電化學(xué)裝置可消除氮氧化物污染,變廢為寶。

圖Ⅰ裝置實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化形式是_____石墨Ⅱ電極上發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為_____。相同條件下,放電過(guò)程中消耗的NO2O2的體積比為_____。

圖Ⅱ?yàn)殡娊?/span>NO制備NH4NO3的裝置。該裝置中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_____!胺磻(yīng)室”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____。

【答案】 -868.15kJ·mol-1 > 增大CH4濃度或移走生成物 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 O2+4e+2N2O5=4NO3 4:1 NO-3e+2H2O=NO3+4H+ NH3+H+=NH4+

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱;比較反應(yīng)分析反應(yīng)熱大;根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)分析提高轉(zhuǎn)化率的措施;

(2)圖Ⅰ裝置為燃料電池,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,負(fù)極上通入NO2,正極上通入O2,根據(jù)電解質(zhì)知,負(fù)極電極反應(yīng)式為NO2-e-+NO3-═N2O5,正極電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-圖Ⅱ?yàn)殡娊庋b置。陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO-3e+2H2O=NO3+4H+。陰極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO+5e+6H+=NH4++H2O,據(jù)此分析解答。

(1)①2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1

CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH=-802. 3 kJmol-1

CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ΔH=-1160kJmol-1

根據(jù)蓋斯定律:(③-①×2+ ②)÷2得到:CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O (g)

ΔH=[-1160-(-113)×2+(-802.3)]÷2=-868.15kJ·mol-1

反應(yīng)②CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH=-802. 3 kJmol-1;

反應(yīng)CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (l) ΔH=-a kJmol-1

因?yàn)樯梢簯B(tài)水放熱更多,所以a>802. 3;

③CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ,要提高NO轉(zhuǎn)化率的措施,應(yīng)使平衡正向移動(dòng),可采取增大CH4濃度或移走生成物的措施

因此,本題正確答案為: -868.15kJ·mol-1; >增大CH4濃度或移走生成物;

(2)圖Ⅰ裝置為燃料電池,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,負(fù)極上通入NO2,正極上通入O2,根據(jù)電解質(zhì)知,負(fù)極電極反應(yīng)式為NO2-e-+NO3-═N2O5,石墨Ⅱ電極為正極電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-,放電過(guò)程中兩電極電子守恒,由兩電極反應(yīng)式可知:消耗的NO2O2的體積比為4:1;

圖Ⅱ?yàn)殡娊庋b置。陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO-3e+2H2O=NO3+4H+。陰極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO+5e+6H+=NH4++H2O,“反應(yīng)室”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NH3+H+=NH4+。

因此,本題正確答案為:化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能; O2+4e+2N2O5=4NO3; 4:1 ; NO-3e+2H2O=NO3+4H+ ; NH3+H+=NH4+

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實(shí)驗(yàn)編號(hào)

溫度/℃

起始量/mol

平衡量/mol

SO2

O2

SO2

O2

1

T1

4

2

x

0.8

1x=_________。

2)實(shí)驗(yàn)1從開(kāi)始到達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),用去時(shí)間2分鐘,則υ(SO2)表示的反應(yīng)速率為:______________________。

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