Question

10．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）利用ClO₂氧化氮氧化物反應(yīng)過程如下：

反應(yīng)I的方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為NO₂、HNO₃，
反應(yīng)II的化學(xué)方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄．
（2）可用甲烷催化還原氮氧化物．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
①已知NO氣體會分解為NO₂氣體和N₂氣體，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁）．
②現(xiàn)有一份NO與NO₂的混合氣體，其平均相對分子量為34，用16g甲烷氣體催化還原該混合氣 體，恰好完全反應(yīng)生成氮氣，二氧化碳氣體和水蒸氣，共放出熱量1042.8kJ．則該混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為3：1，若已知上述反應(yīng)△H₂=-1160kJ•mol^-1，則△H₁=-574 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中，化合價升高的物質(zhì)作還原劑，還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的產(chǎn)物為氧化產(chǎn)物；二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮氣；
（2）①根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程式構(gòu)建目標方程式，焓變與化學(xué)計量數(shù)成正比；
②相同條件下，不同氣體的摩爾質(zhì)量之比等于其密度之比，據(jù)此計算氮氧化物平均摩爾質(zhì)量，再根據(jù)平均摩爾質(zhì)量計算NO和二氧化氮的物質(zhì)的量之比；
根據(jù)蓋斯定律確定甲烷和二氧化氮之間的方程式，根據(jù)甲烷和NO、NO₂之間的反應(yīng)確定分別和NO、NO₂之間反應(yīng)需要甲烷的物質(zhì)的量之比，再根據(jù)焓變進行計算．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式是2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl化合價變化為：化合價升高：NO（+2）→NO₂（+4）、HNO₃（+5），化合價降低：ClO₂（+4）→HCl（-1），化合價升高的物質(zhì)作還原劑，還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的產(chǎn)物為氧化產(chǎn)物，所以：該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為NO₂、HNO₃，二氧化氮具有氧化性，能氧化Na₂SO₃生成Na₂SO₄，本身被還原成氮氣，方程式為2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，
故答案為：NO₂、HNO₃；2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；
（2）①Ⅰ、CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ、CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
將（Ⅱ-Ⅰ）×$\frac{1}{2}$得：4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁），
故答案為：4NO（g）═2NO₂（g）+N₂（g））△H=$\frac{1}{2}$（△H₂-△H₁）；
②NO與NO₂的混合氣體，其平均相對分子量為34，所以混合氣體的摩爾質(zhì)量為34g/mol，設(shè)n（NO）為x，n（NO₂）為y，
混合氣體摩爾質(zhì)量=$\frac{30xg+46yg}{（x+y）mol}$=34g/mol，x：y=3：1，
16g甲烷的物質(zhì)的量=$\frac{16g}{16g/mol}$=1mol，CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律知，CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（△H₁+△H₂），NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為3：1，根據(jù)方程式知，當NO和NO₂完全轉(zhuǎn)化為氮氣時，分別和NO、NO₂反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{2}$=3：2，則有0.6mol甲烷和NO反應(yīng)、0.4mol的甲烷和NO₂反應(yīng)，0.6mol甲烷和NO反應(yīng)放出的熱量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ，0.4mol甲烷和NO₂完全反應(yīng)放出的熱量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ，則0.4mol甲烷和NO₂完全反應(yīng)放出的熱量=0.5（△H₁+△H₂）×0.4mol=0.2mol×（1160kJ/mol+△H₂）=346.8kJ，則△H₂=$\frac{346.8kJ}{0.2mol}$=-574 kJ/mol，
故答案為：3：1；-574 kJ/mol．

點評 本題綜合考查了反應(yīng)熱的計算，側(cè)重于對基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用的考查，注意蓋斯定律的熟練應(yīng)用，題目難度中等．