Question

（15分）隨著氮氧化物污染的日趨嚴重，國家將于“十二五”期間加大對氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多種方法。

(1)用活性炭還原法處理氮氧化物。有關反應為：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g) △H。某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫(T₁℃)條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

濃度/mol·L－1 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K＝                     （保留兩位小數(shù)）。

②30min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是              。

③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應的△H            0（填“＞”、“ ＝”或“＜”）。

(2)用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

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

②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)      △H＝－1160 kJ·mol^－1

③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1

寫出CH₄(g)與NO₂(g)反應生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的熱化學方程式                          。

(3)以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，有關電極反應可表示為                                    。

 

Answer 1

【答案】

 (1)①0.56         ②減小CO₂的濃度（合理答案均可）     ③＜

  (2)CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－955 kJ·mol^－1

  (3)NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅

【解析】（1）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應進行到20min是氣體物質的濃度不再發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)＝

②30min→4min時NO和CO₂濃度減小，氮氣的濃度增大，所以改變的條件是減小CO₂的濃度。

③容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，說明升高溫度反應物的濃度增大，因此反應向逆反應方向移動，即正反應是放熱反應。

（2）考查蓋斯定律的應用，（①＋②）÷2＋③×2即得到CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以反應熱是（－574 kJ·mol^－1－1160 kJ·mol^－1）÷2－44.0 kJ·mol^－1×2＝－955 kJ·mol^－1。

（3）根據(jù)裝置圖可知，Y是在石墨I生成的，而石墨I通入的是NO₂，所以是負極，失去電子，因此反應式為NO₂＋NO₃^－－e^－＝N₂O₅。