Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程為

 

．
（2）降低汽車(chē)尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化 轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．若在一定溫度下，將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=

 

．若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

 

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是

 

（填序號(hào)）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（3）在汽車(chē)尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器，可有效降低NO_X的排放．當(dāng)尾氣中空氣過(guò)量時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器中的金屬氧化物吸收NO_X生成鹽．其吸收能力順序如下：₁₂MgO＜_2oCaO＜₃₈SrO＜₅₆BaO．原因是

 

，元素的金屬性逐漸增強(qiáng)，金屬氧化物對(duì)NO_X的吸收能力逐漸增強(qiáng)．
（4）通過(guò)NO_x傳感器可監(jiān)測(cè)NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖2：
①Pt電極上發(fā)生的是

 

反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）．②寫(xiě)出NiO電極的電極反應(yīng)式：

 

．
（5）肼（N₂H₄）用亞硝酸（HNO₂）氧化可生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977．寫(xiě)出肼與亞硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律，參照目標(biāo)方程式設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)途徑，對(duì)原熱化學(xué)方程式進(jìn)行恰當(dāng)?shù)淖冃吻蠼猓?br />（2）求平衡常數(shù)用公式K=

[N2][CO2]2

[NO]2[CO]2

，溫度不變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向比較Qc與K的大�。篞c＞K平衡向逆向移動(dòng)，Qc＜K平衡向正向移動(dòng)，Qc=K平衡不移動(dòng)；
通過(guò)圖中N₂濃度變化曲線(xiàn)斜率變小可以判斷其速率變化；通過(guò)新平衡N₂濃度增加可以判斷平衡移動(dòng)方向，進(jìn)而確定改變的條件；
（3）依據(jù)同主族元素遞變規(guī)律判斷幾種元素的金屬性強(qiáng)弱，判斷氧化物對(duì)NO_X的吸收能力；
（4）判斷電池種類(lèi)為燃料型原電池，則通氧氣的為正極通氮氧化物的電極為負(fù)極，寫(xiě)出電池總反應(yīng)式并分析找出氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)，寫(xiě)出電極反應(yīng)式；
（5）根據(jù)氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.977推出反應(yīng)產(chǎn)物，通過(guò)得失電子守恒結(jié)合質(zhì)量守恒或原子個(gè)數(shù)守恒配平方程式．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1①
     CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1②
   依據(jù)蓋斯定律（①+②）÷2得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=（-574kJ?mol^-1+-1160kJ?mol^-1）÷2=-867kJ?mol^-1
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）從圖中看出15min時(shí)達(dá)到平衡各物質(zhì)濃度C（NO）=1.8mol?L^-1 C（CO）=0.6mol?L^-1 C（N₂）=0.2mol?L^-1
        2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂
mol?L^-1 2         1        0      0
        0.4      0.4      0.2    0.4
        1.6       0.6      0.2   0.4
帶入公式K=

[N2][CO2]2

[NO]2[CO]2

=

0.2×0．42

1.62×0．62

=

5

144

；
Qc=

C(N2)C(CO2)2

C(NO)2C(CO)2

=

5

144

=K，平衡不移動(dòng)；
圖中N₂濃度變化曲線(xiàn)斜率變小可以判斷其速率減小排除③縮小容器體積④增加CO₂的量；通過(guò)新平衡N₂濃度增加可以判斷平衡向右移動(dòng)排除①加入催化劑，降低溫度反應(yīng)速率減小，該反應(yīng)正方向放熱所以平衡向右移動(dòng)，N₂濃度增加；
故答案為：

5

144

； 平衡不移動(dòng)； ②；
（3）根據(jù)Mg，Ca，Sr和Ba的質(zhì)子數(shù)，得知他們均為 IIA族元素．同主族的元素，從上到下，原子半徑逐漸增大，金屬性依次增強(qiáng)，金屬氧化物吸收NOX能力依次增強(qiáng)，
故答案為：Mg，Ca，Sr和Ba金屬性依次增強(qiáng)；
（4）通氧氣的電極（Pt）為正極發(fā)生還原反應(yīng)，通NO的電極為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，總方程式：2NO+O₂=2NO₂，NO在NiO電極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式為：NO+O^2--2e-=NO₂，
故答案為：還原；NO+O^2--2e-=NO₂；
（5）因?yàn)闅浠�物的相�?duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.977，43×0.977÷14=3 所以該氫化物為HN₃，通過(guò)得失電子守恒結(jié)合質(zhì)量守恒或原子個(gè)數(shù)守恒配平方程式得：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O，
故答案為：N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查利用蓋斯定律來(lái)求化學(xué)反應(yīng)熱、化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用、影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、元素周期律、原電池原理以及氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)多，難度中等．