Question

【題目】氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一。消除氮氧化物有多種方法。

（1）可利用甲烷催化還原氮氧化物。已知：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol-1

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol-1

則CH4(g)將NO(g)還原為N2(g)的熱化學(xué)方程式是____。

（2）汽車內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為N2(g)+O2(g)2NO(g)，生成的NO是汽車尾氣的主要污染物。T℃時(shí)，向5L恒容密閉容器中充入6.5molN2和7.5molO2，在5min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中NO的物質(zhì)的量5mol(不考慮后續(xù)反應(yīng))。則5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v(NO)=_____；在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____。

（3）汽車尾氣中也含有CO，已知CO能發(fā)生可逆反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1。

①向某容器中充入1.0molH2O(g)和1.0molCO(g)，在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)。混合氣體中CO的物質(zhì)的量(mol)與時(shí)間關(guān)系如下表所示：

	0	5min	10min	15min	20min	25min
Ⅰ(800℃)	1.0	0.80	0.70	0.65	0.50	0.50
Ⅱ(800℃)	1.0	0.70	0.60	0.50	0.50	0.50

相對(duì)實(shí)驗(yàn)Ⅰ，實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變的條件可能是_____。

②若開始時(shí)向絕熱容器中投入一定量二氧化碳、氫氣，在一定條件下發(fā)生上述可逆反應(yīng)。下列圖像正確且能說明可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____(填字母)。

A. B. C. D.

（4）利用ClO2氧化氮氧化物反應(yīng)過程如下：NONO2N2

反應(yīng)Ⅰ的產(chǎn)物中還有兩種強(qiáng)酸生成，其中硝酸與NO2的物質(zhì)的量相等，則其化學(xué)方程式是___。若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2LN2生成，共消耗ClO2___g。

Answer 1

【答案】CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1160kJ·mol-1 0.2mol·L-1·min-1 1.25 增大壓強(qiáng)(或加入催化劑) A 2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl 67.5

【解析】

（1）反應(yīng)①：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-574kJ·mol-1，

反應(yīng)②：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-867kJ·mol-1，

將②×2-①可得CH4(g)將NO(g)還原為N2(g)的熱化學(xué)方程式：CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=[(-867)×2-(-574)] kJ·mol-1=-1160kJ·mol-1；

（2）由題可列出三段式為：

5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v(NO)==0.2 mol·L-1·min-1；平衡常數(shù)；

（3）①由表格數(shù)據(jù)變化可知，在實(shí)驗(yàn)II反應(yīng)中速率較快，最終平衡時(shí)CO的量一致，因此實(shí)驗(yàn)II該變的條件為加快化學(xué)反應(yīng)速率但不該變平衡的條件，該反應(yīng)為氣體等體積反應(yīng)，增加壓強(qiáng)或者加入催化劑可達(dá)到該目的；

② A．該反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，當(dāng)加入CO2、H2后，反應(yīng)逆向進(jìn)行，其過程為吸熱過程，因反應(yīng)是在絕熱體系中進(jìn)行，因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系內(nèi)溫度降低，當(dāng)溫度不再發(fā)生變化時(shí)，可說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A符合題意；

B．該反應(yīng)中H2隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其濃度將逐漸降低，故B不符合題意；

C．焓變與反應(yīng)進(jìn)行程度無關(guān)，因此無法根據(jù)焓變數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不符合題意；

D．該反應(yīng)中所有物質(zhì)均為氣體物質(zhì)，氣體總質(zhì)量不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量不變，氣體平均摩爾質(zhì)量不變，因此無法根據(jù)氣體平均摩爾質(zhì)量判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D不符合題意；

故答案為：A；

（4）由題可知，NO與ClO2反應(yīng)，生成物為HNO3、NO、HCl，根據(jù)元素守恒可知反應(yīng)物中含有水，根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒以及原子守恒可知反應(yīng)I的反應(yīng)方程式為：2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl；反應(yīng)II為：2NO2+4Na2SO3=N2+4Na2SO4，標(biāo)況下有11.2LN2(即0.5mol)生成，會(huì)消耗1molNO2，每生成1molNO2，會(huì)消耗ClO2的質(zhì)量為：1mol×67.5g/mol=67.5g。