Question

【題目】2017年春節，京津冀及周邊區域遭遇“跨年”霧霾，二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項是霧霾主要組成，消除氮氧化物污染是研究方向之一。

（1）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) ΔH＝－574.0 kJ·mol-1

②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1160.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ·mol-1

請寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g) ,CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式_______________________ 。

（2）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),某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T0C)條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

物質 濃度(mol/L) 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

①下列說法不能作為判斷該反應達到化學平衡狀態標志的是_______

A．活性炭的質量 B．v 正(N2) = 2v逆 (NO)

C．容器內壓強保持不變 D．容器內混合氣體的密度保持不變

E．容器內混合氣體的平均相對分子質量保持不變

F．容器內CO2的濃度保持不變

②在T0C時，該反應的平衡常數為______________(小數點后保留兩位有效數字)；

③在30 min時，若只改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件是___________；

④在50 min時保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，則化學平衡_______(填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”)

（3）利用反應6NO2+8NH3= 7N2+12H2O構成電池的方法，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減輕環境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。

①A電極的電極反應式為______________

②下列關于該電池的說法正確的是（_____）

A．電子從右側電極經過負載后流向左側電極

B．為使電池持續放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜

C．電池工作一斷時間，溶液的pH不變

D．當有4.48LNO2被處理時，轉移電子物質的量為0.8mol

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ·mol-1。 BC 0.56 減小CO2濃度（其它合理答案也得分） 正向移動 2NH3 -6e- +6OH- = N2+ 6H2O B

【解析】（1）根據蓋斯定律可知，①＋②＋③即得到CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955.0 kJ·mol－1。

（2）①A項，只要可逆反應沒有達到平衡，反應物和生成物的量一定會發生變化，故A正確；B項，反應速率之比等于化學方程式系數之比，當2v正（N2）=v逆（NO）時，反應達到平衡，故B錯誤；C項，該反應是氣體體積不變的反應，反應過程中和反應平衡時壓強相同，所以容器內壓強保持不變不能說明反應達到平衡，故C錯誤；D項，混合氣體密度等于質量除以體積，反應中碳是固體，只要平衡移動，氣體質量一定發生變化，又因為體積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡，故D正確；E項，混合氣體的平均相對分子質量等于氣體總質量除以總物質的量，反應中碳是固體，只要平衡移動，氣體質量一定發生變化，又因為氣體物質的量不變，所以混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明反應達到平衡狀態，故E正確；F項，容積不變，只要可逆反應沒有達到平衡，氣體反應物和生成物的濃度一定發生變化，故F正確。綜上，選BC。②20-30min反應達到平衡狀態，C（s）+ 2NO（g）N2（g）+ CO2（g），各物質的平衡濃度為：c（CO2）=c（N2）=0.030mol/L；c（NO）=0.040mol/L，反應的平衡常數為：K= = = ≈ 0.56。③在30 min時，若只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+ 2NO（g）N2（g）+ CO2（g），各物質的平衡濃度為：c（NO）=0.032mol/L，c（N2）=0.034mol/L；c（CO2）=0.017mol/L，K==≈ 0.56，化學平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應前后氣體體積不變，所以改變的條件為：減小二氧化碳濃度。④其他條件不變，增大反應物濃度，化學平衡正向移動。

（3）①根據電池反應的化學方程式可知氨氣中N元素的化合價升高，被氧化，所以通入氨氣的一極為負極，發生的反應是氨氣失去電子生成氮氣，因為電解質溶液為KOH溶液，所以氨氣失去電子與氫氧根離子結合為水，電極反應式是2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。②A項，電子從負極（左側）流出經過負載后流向正極（右側），故A錯誤；B項，溶液中的OH-從右側移動到左側，參與負極的電極反應，為使電池持續放電，則必須用陰離子交換膜，同時防止二氧化氮與堿反應，生成硝酸鹽與亞硝酸鹽，導致原電池不能正常工作，故B正確；C項，負極區消耗OH-，生成水，溶液pH減小，正極區消耗水，生成OH-，溶液pH增大，故C項錯誤；D項，沒告訴4.48LNO2是否為標準狀況下測得的數據，無法利用標準狀況下氣體摩爾體積計算，故D錯誤。綜上，選B。