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9.為治理環(huán)境,減少霧霾,應采取措施減少二氧化硫、氮氧化物(NOx)和CO2的排放量.
Ⅰ.處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx.
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-586.7kJ•mol-1

(1)若用4.48LCH4還原NO生成N2,則放出的熱量為119.88kJ.(氣體體積已折算為標準狀況下)
(2)NOx可用強堿溶液吸收產(chǎn)生硝酸鹽.在酸性條件下,F(xiàn)eSO4溶液能將NO3-還原為NO,NO能與多余的FeSO4
溶液作用生成棕色物質(zhì),這是檢驗NO3-的特征反應.寫出該過程中產(chǎn)生NO的離子方程式:3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O.
電解的原理如圖1所示,則:
(3)電解時陰極的電極反應式為2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O;當電路中轉(zhuǎn)移20mol電子時,交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量減少180g.
Ⅲ.利用I2O5消除CO污染的反應為:5CO(g)+I2O5(s)?5CO2(g)+I2(s).不同溫度下,向裝有足量I2O5固體的2L恒容密閉容器中通入4molCO,測得CO2的體積分數(shù)(φ)隨時間(t)變化曲線如圖2所示.請回答:
(4)T1時,該反應的化學平衡常數(shù)的數(shù)值為1024.
(5)下列說法不正確的是BD(填字母).
A.容器內(nèi)氣體密度不變,表明反應達到平衡狀態(tài)
B.兩種溫度下,c點時體系中混合氣體的壓強相等
C.d點時,在原容器中充入一定量氦氣,CO的轉(zhuǎn)化率不變
D.b點和d點時化學平衡常數(shù)的大小關系:Kb<Kd
Ⅳ.以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑,可以將CO2和CH4通過反應CO2(g)+CH4(g)?CH3COOH(g)△H<0直接轉(zhuǎn)化成乙酸.在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖3所示.
(6)①250-300℃時,乙酸的生成速率減小的主要原因是溫度超過250℃時,催化劑的催化效率降低.
②工業(yè)生產(chǎn)中該反應的溫度常選擇250℃、不選擇400℃,從綜合經(jīng)濟效益考慮,其原因是250℃時,催化劑的催化效果最好,提高溫度耗費較高的能量,并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動.

分析 (1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-586.7kJ•mol-1
由蓋斯定律②×2-①得到CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),根據(jù)蓋斯定律計算得到反應的焓變,熱化學方程式的意義:1molCH4還原NO生成N2,則放出的熱量值等于焓變值;
(2)酸性條件下,亞鐵離子和硝酸根離子反應生成鐵離子、一氧化氮和水;
(3)根據(jù)圖象知,硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應,則Ag-Pt作陰極,Pt電極為陽極,在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應,根據(jù)電極反應式結(jié)合電子守恒來計算;
(4)根據(jù)b點時CO2的體積分數(shù)φ(CO2)求出CO和CO2的平衡濃度進而求出T1時化學平衡常數(shù)K;
(5)A、因為條件為恒容,而反應前后氣體質(zhì)量變化,所以容器內(nèi)氣體密度是變量,當不變時表明反應達到平衡狀態(tài);
B.c點為交點,各氣體物質(zhì)的量分別相等;
C.反應前后氣體體積不變,壓強變化對平衡無影響;
D.b點比d點時生成物CO2體積分數(shù)大,說明進行的程度大,則化學平衡常數(shù):Kb>Kd
(6)①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響分析;
②根據(jù)溫度對化學平衡移動的影響分析.

解答 解:(1)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-586.7kJ•mol-1
由蓋斯定律②×2-①得到CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),所以焓變△H=(-586.7kJ•mol-1)×2-(-574kJ•mol-1)=-599.4kJ•mol-1,若用4.48L即0.2molCH4還原NO生成N2,則放出的熱量為599.4kJ/mol×0.2mol=119.88kJ,
故答案為:119.88;
(2)酸性條件下,亞鐵離子和硝酸根離子反應生成鐵離子、一氧化氮和水,離子反應方程式為3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O,
故答案為:3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O;
(3)根據(jù)圖象知,硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應,則Ag-Pt作陰極,陰極上電極反應式為2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O,Pt電極為陽極,陽極反應為2H2O-4e-=O2+4H+,當轉(zhuǎn)移20mol電子時,陽極消耗10mol水,產(chǎn)生20molH+進入陰極室,陽極質(zhì)量減少180g,
故答案為:2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O;180;
(4)T1時:5CO(g)+I2O5(s)?5CO2(g)+I2(s)
起始量/mol    4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol    y                 y
b點量/mol    4-y                y
根據(jù)b點時CO2的體積分數(shù)φ(CO2)=y4=0.80,得y=3.2mol,c(CO)=0.4mol•L-1,c(CO2)=1.6mol•L-1,
T1時化學平衡常數(shù)K=c5CO2c5CO=165045=1024,
故答案為:1024;
(5)A.因為條件為恒容,而反應前后氣體質(zhì)量變化,所以容器內(nèi)氣體密度不變時,表明反應達到平衡狀態(tài),故A正確;
B.c點為交點,氣體物質(zhì)的量分別相等,所以兩種溫度下,體系中混合氣體的壓強不等,故B錯誤;
C.反應前后氣體體積不變,壓強變化對平衡無影響,CO的轉(zhuǎn)化率不變,故C正確;
d.b點比d點時生成物CO2體積分數(shù)大,說明進行的程度大,則化學平衡常數(shù):Kb>Kd,故D錯誤;
故答案為:BD;
(6)①溫度超過250℃時,催化劑的催化效率降低,所以溫度升高而乙酸的生成速率降低,故答案:溫度超過250℃時,催化劑的催化效率降低;
②業(yè)生產(chǎn)中該反應的溫度常選擇250℃、不選擇400℃,從綜合經(jīng)濟效益考慮,是因為250℃時,催化劑的催化效果最好,提高溫度耗費較高的能量,并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動,故答案為:250℃時,催化劑的催化效果最好,提高溫度耗費較高的能量,并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動.

點評 本題考查熱化學反應方程式計算、化學平衡常數(shù)的相關計算、化學平衡移動原理,綜合性很強,難度較大.

練習冊系列答案
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編號abcd
干燥的有色布條干燥的有色布條濕潤的有色布條濕潤的有色布條
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濕潤的有色布條濕潤的有色布條干燥的有色布條干燥的有色布條
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