Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）對(duì)大氣污染日趨嚴(yán)重，研究消除大氣污染的方法是化學(xué)工作者的重要課題，目前有很多種方法消除大氣污染．
（1）可利用甲烷催化還原NO_x的方法處理NO_x，反應(yīng)如下：
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CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=

 

；
（2）降低汽車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）CO₂?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，15分鐘后達(dá)到平衡，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示，則平衡常數(shù)K=

 

（小數(shù)點(diǎn)后保留3位）；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）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為

 

；
（4）肼（N₂H₄）用亞硝酸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．寫出肼與亞硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

；
（5）N₂O₅是重要的硝化劑和氧化劑，可用電解法制備N₂O₅，如圖2所示，N₂O₅在電解池的

 

（填“陽(yáng)極”或“陰極”）區(qū)生成，其電極反應(yīng)式為

 

（注意：水不參加反應(yīng)）．

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

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）依據(jù)圖象計(jì)算平衡狀態(tài)物質(zhì)的濃度結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算平衡常數(shù)；依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；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，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛仍龃�，根�?jù)影響速率和平衡的因素分析；
（3）催化劑的特點(diǎn)，反應(yīng)前后質(zhì)量和性質(zhì)不變，則恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，即Fe³⁺→Fe²⁺；
（4）氮的氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則可以求出氮?dú)湓�子個(gè)數(shù)，得出該氫化物，獲得肼和亞硝酸反應(yīng)生成產(chǎn)物；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去電子，所以N₂O₅在陽(yáng)極區(qū)生成．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案為：-867 kJ/mol；
（2）依據(jù)圖象分析，15分鐘時(shí)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)鉂舛葹?.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035；
若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各 0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；
則Qc=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=0.035=K，所以平衡不移動(dòng)；
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，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛戎饾u增大，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，加入催化劑、增大濃度，速率均增大不符合題意，則改變的條件可能是降溫，縮小體積；
①．加入催化劑，平衡不移動(dòng)，故不選；
②．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，故選；　
③．縮小容器體積，平衡正向移動(dòng)，故選；
④．增加CO₂的量，平衡逆向，故不選；
故答案為：0.035；不；②③；
（3）其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一個(gè)反應(yīng)一定有Fe³⁺→Fe²⁺，
所以反應(yīng)方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氮的氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則氮?dú)湓�子個(gè)數(shù)比=

43×0.977 14

43×0.023 1

=3：1，所以該氫化物是NH₃，肼和亞硝酸反應(yīng)生成氨氣和水，所以其反應(yīng)方程式為N₂H₄+HNO₂=NH₃+2H₂O，故答案為：N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O；
（5）從電解原理來(lái)看，N₂O₄制備N₂O₅為氧化反應(yīng)，則N₂O₅應(yīng)在陽(yáng)極區(qū)生成，反應(yīng)式為N₂O₄+2NO₃^--2e^-═2N₂O₅；
故答案為：陽(yáng)極；N₂O₄-2e^-+2NO₃^-=2N₂O₅ ．

點(diǎn)評(píng)：本題設(shè)計(jì)電化學(xué)、熱化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)平衡等綜合知識(shí)，是一道綜合考查題，難度中等．