Question

8．燃煤煙氣中含有大量的氮氧化合物（NO_x），不宜直接排放到空氣中，可采用以下措施對燃煤煙氣進行處理．
Ⅰ．CH₄還原法：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol．
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
在溫度T₁和T₂時，分別將0.50molCH₄和1.2molNO₂充入體積為1L的密閉容器中，測得n（CH₄）隨時間變化數(shù)據(jù)如下表：

溫度	n/mol時間/min	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）	0.50	0.30	0.18	0.15	0.15

（1）在0～10min內(nèi)化學反應速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）為3：4；
（2）T₁＜T₂（填＜、=、＞），a＜（填＜、=、＞）0；
（3）在T₁時，0～10min內(nèi)內(nèi)NO₂的轉(zhuǎn)化率是50%，欲提高NO₂的轉(zhuǎn)化率同時加快反應速率，可采取的措施有B．
A．縮小容器體積     B．增大CH₄濃度        C．降低溫度         D．加入催化劑
Ⅱ． NO_x也可以用NH₃還原除去，利用反應：6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂．當氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量差為14g時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為12mol．

Answer 1

分析 Ⅰ、將反應CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol相加再約去公約數(shù)即可得反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的反應熱；
（1）化學反應速率=$\frac{△c}{△t}$，計算得到速率之比；
（2）分析表中數(shù)據(jù)變化可知起始量相同，在T₁、T₂狀態(tài)下達到平衡狀態(tài)，反應速率依據(jù)就可知，T₂大，甲烷物質(zhì)的量為0.10mol，0.15mol，說明T₁到T₂平衡逆向進行，溫度升高平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
（3）轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，欲提高NO₂的轉(zhuǎn)化率，改變條件平衡正向進行，同時加快反應速率，結合平衡移動原理和影響反應速率的因素分析判斷；
（4）分析元素化合價變化，二氧化氮中氮元素化合價降低，做氧化劑被還原得到氮氣，氨氣中氮元素化合價-3價升高到0價，做還原劑被氧化，氧化產(chǎn)物為4molN2，還原產(chǎn)物為3molN₂，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物質(zhì)量相差28g，據(jù)此計算得到．

解答 Ⅰ、將反應CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol相加再約去公約數(shù)即可得反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反應熱△H=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol，熱反應方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol；
（1）化學反應速率=$\frac{△c}{△t}$，在0～10min內(nèi)化學反應速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）=$\frac{\frac{0.5mol-0.35mol}{1L}}{10min}$：$\frac{\frac{0.5mol-0.3mol}{1L}}{10min}$=3：4，
故答案為：3：4；
（2）分析表中數(shù)據(jù)變化可知起始量相同，在T₁、T₂狀態(tài)下達到平衡狀態(tài)，反應速率依據(jù)就可知T₂大，甲烷物質(zhì)的量為0.10mol，0.15mol，說明T₁到T₂平衡逆向進行，溫度升高平衡逆向進行，正反應為放熱反應，a＜0，
故答案為：＜；＜；
（3）在T₁時，0～10min內(nèi)，甲烷減小物質(zhì)的量=0.50mo-0.35mol=0.15mol，依據(jù)化學方程式定量關系計算可知反應的二氧化氮物質(zhì)的量為
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
1         4
0.15mol    0.6mol
在T₁時，0～10min內(nèi)內(nèi)NO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1.2mol}$×100%=50%，
上述分析可知反應是氣體體積增大的放熱反應
A．縮小容器體積，增大壓強，平衡逆向進行，反應速率增大，但二氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．增大CH₄濃度會提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，增大物質(zhì)濃度增大反應速率，故B正確；
C．降低溫度反應速率減小，平衡正向進行，二氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C錯誤；
D．加入催化劑可以加快反應速率，但不改變化學平衡，二氧化氮轉(zhuǎn)化率不變，故D錯誤；
故選B，
故答案為：50%；B；
（4）分析元素化合價變化，二氧化氮中氮元素化合價降低，做氧化劑被還原得到氮氣，氨氣中氮元素化合價-3價升高到0價，做還原劑被氧化，氧化產(chǎn)物為4molN2，還原產(chǎn)物為3molN₂，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物質(zhì)量相差28g，電子轉(zhuǎn)移為24mol，當氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量差為14g時，電子轉(zhuǎn)移為12mol，
故答案為：12mol．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律計算應用，化學平衡影響因素分析，化學平衡的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．