Question

隨著大氣污染和水污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家將二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_x）排放量和生活廢水的處理作為環(huán)境保護(hù)的主要任務(wù)．
（1）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，可使主要污染物（CO、NOx、等）進(jìn)行相互反應(yīng)，生成無毒物質(zhì)，減少汽車尾氣污染．
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；
△H=

 

．
②在t℃時(shí)，將2molNO與1mol CO充入1L反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中NO （g）、CO（g）、N₂（g）的物質(zhì)的量濃度變化如圖一所示，則反應(yīng)進(jìn)行到15min時(shí)，NO的平均反應(yīng)速率為

 

；

③20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生圖一所示的變化，則改變的條件可能是

 

；（填字母）
a．加入催化劑       b．降低溫度
c．縮小容器體積     d．增加CO₂的物質(zhì)的量
④當(dāng)25min達(dá)到平衡后，若保持體系溫度不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，平衡將

 

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．
（2）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖二所示，在使用過程中石墨I(xiàn)電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)電極反應(yīng)可表示為

 

．
（3）若生活污水中含大量的氮化合物，通常用生物膜脫氮工藝進(jìn)行處理：首先在硝化細(xì)菌的作用下將NH₄⁺氧化為NO₃^-：NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O，然后加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體．請(qǐng)寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式

 

．
（4）硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為：2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂①，NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂②．現(xiàn)用足量的純堿溶液來吸收硝酸工業(yè)尾氣（NO和NO₂），每產(chǎn)生22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）CO₂時(shí)，吸收液質(zhì)量增加44g．求硝酸工業(yè)尾氣中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比？（必須寫出計(jì)算過程）

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①根據(jù)已知方程推斷所解方程，利用蓋斯定律獲得焓變；
②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式v=

△c

△t

可以計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的速率；
③根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來回答；
④先根據(jù)三段法求出各自的濃度，然后求出平衡常數(shù)和濃度熵，最后根據(jù)平衡常數(shù)的大小與濃度熵的大小來確定平衡移動(dòng)方向；
（2）燃料電池的負(fù)極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)；
（3）加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體，可以確定產(chǎn)物是氮?dú)夂投�氧化碳�?br />（4）根據(jù)二氧化碳?xì)怏w體積和溶液質(zhì)量增加的量列方程組解出一氧化氮和二氧化氮的體積，從而得出其體積之比．

解答： 解：（1）①已知：a：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
c：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）可以是2c-a-b得到，所以該反應(yīng)的焓變=2（-393.5kJ/mol）-180.5kJ/mol-（-221.0kJ/mol）=-746.5 kJ/mol  
即NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol，
故答案為：-746.5 kJ/mol；
②反應(yīng)進(jìn)行到15min時(shí)，NO的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

2mol/L-1.6mol/L

15min

=0.027 mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.027 mol?L^-1?min^-1；
③20min時(shí)，氮?dú)獾臐舛妊杆僭黾�，說明化學(xué)平衡向正方向進(jìn)行，對(duì)于化學(xué)平衡：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
a．加入催化劑化學(xué)平衡不移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．降低溫度，化學(xué)平衡向正方向進(jìn)行，故b正確；
c．縮小容器體積，即增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；
d．增加CO₂的物質(zhì)的量，化學(xué)平衡逆向進(jìn)行，單質(zhì)氮?dú)鉂舛葴p小，故d錯(cuò)誤．
故選c．
 ④當(dāng)25min達(dá)到平衡后，若保持體系溫度不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，根據(jù)濃度熵規(guī)則，此時(shí)Qc＞K，所以化學(xué)平衡會(huì)逆向移動(dòng)，故答案為：向左；（2）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NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；（
（3）加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體，可以確定產(chǎn)物是氮?dú)夂投�氧化碳，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，故答案為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O；    
（4）設(shè)NO的物質(zhì)的量是x，NO₂的物質(zhì)的量是y，則
    x+

y-x

2

=1mol；
    32x+24（y-x）=44
解得：x=0.25，y=

7

4

；即一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量之比=1：7，所以相同條件下，一氧化氮和二氧化氮的體積之比是1：7，
答：硝酸工業(yè)尾氣中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比1：7．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查化學(xué)平衡的移動(dòng)、電極反應(yīng)以及化學(xué)計(jì)算，注意平時(shí)知識(shí)的積累以及靈活應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度大，綜合性強(qiáng)．