Question

14．環(huán)境問題已成為人類共同關注的話題，燃煤廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物（NOx）、CO等有害氣體，消除方法有多種．
（1）用稀土等催化劑能將汽車尾氣中的CO、NOx、碳氫化合物轉化成無毒物質，從而減少汽車尾氣污染．已知：
①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=180.5kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ/mol
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
寫出NO（g）與CO（g）催化轉化成N₂（g）和CO₂（g）的熱化學方程式2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol．
（2）①用甲烷催化還原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=QkJ•mol-1，寫出上述反應的平衡常數(shù)表達式，已知該反應的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小，則Q＜  0（填“＞”或“＜”或“=”）．
②某溫度下，密閉容器中CH₄與NO的起始濃度分別為1mol/L、2mol/L，其中c（NO）隨時間變化如圖所示，t₂時達到平衡，保持溫度不變在t₂時將容器容積壓縮到一半，請畫出t₂-t₃c（CH₄）隨時間變化的曲線．
（3）①為提高反應：CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）中的轉化率，可以采取在恒壓條件下充入稀有氣體，解釋其原因恒壓充入稀有氣體后體積增大，有效氣體的壓強減少，平衡向正反應方向移動．
②電解吸收法處理氮氧化物廢氣的基本原理是用硝酸吸收氮氧化物生成NO₂^-，同時用石墨電極電解將NO₂^-轉化成NO₃^-，電解條件下循環(huán)利用NO₃^-來處理氮氧化物．寫出該法處理NO₂總反應的化學方程式2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式的加減得出NO與CO催化轉化成N₂和CO₂的化學方程式，焓變相應的加減，從而得出其熱化學反應方程式；
（2）①化學平衡常數(shù)等于生成濃的平衡濃度冪之積比上反應物濃度冪之積，該反應的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小，說明升高溫度平衡逆向移動，說明逆反應是吸熱反應；
②兩邊的化學計量數(shù)相等，所以將容器容積壓縮到一半，相當于增大壓強，因兩邊的計量數(shù)相等，所以平衡不移動，但CH₄的濃度 是原來的2倍，由此分析作圖；（3）①恒壓充入稀有氣體后體積增大，相當于減小壓強，有效氣體的壓強減少，平衡向正反應方向移動；
②同時用石墨電極電解將NO₂^-轉化成NO₃^-，中氮的化合價升高在陽極放電，所以陰極是溶液中的氫離子放電生成氫氣，所以總的電極反應式為：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案為：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol； 
（2）①化學平衡常數(shù)等于生成濃的平衡濃度冪之積比上反應物濃度冪之積，所以平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$，該反應的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小，說明升高溫度平衡逆向移動，說明逆反應是吸熱反應，所以正反應是放熱反應，故答案為：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{4}（NO）}$；＜；    
②兩邊的化學計量數(shù)相等，所以將容器容積壓縮到一半，相當于增大壓強，因兩邊的計量數(shù)相等，所以平衡不移動，但CH₄的濃度是原來的2倍，所以CH₄的濃度為：（1-$\frac{1.5}{4}$）×2=1.25mol/L，由此作圖為，故答案為：；
（3）①恒壓充入稀有氣體后體積增大，相當于減小壓強，有效氣體的壓強減少，平衡向正反應方向移動，所以反應物的轉化率增大，故答案為：恒壓充入稀有氣體后體積增大，有效氣體的壓強減少，平衡向正反應方向移動；
②同時用石墨電極電解將NO₂^-轉化成NO₃^-，中氮的化合價升高在陽極放電，所以陰極是溶液中的氫離子放電生成氫氣，所以總的電極反應式為：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑，故答案為：2NO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2HNO₃+H₂↑．

點評 本題考查化學平衡圖象、化學平衡影響因素、化學平衡常數(shù)、化學平衡的計算、讀圖提取信息能力，難度中等，是對學生綜合能力的考查，（2）為易錯點，注意利用平衡常數(shù)的應用．