Question

4．為治理環(huán)境，減少霧霾，應(yīng)采取措施減少二氧化硫、氮氧化物（NO_x）和CO₂的排放量．
Ⅰ處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．
①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-867kJ/mol
（1）若用4.48LCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量為232kJ．（氣體體積已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下）
（2）NOx可用強(qiáng)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(yàn)NO₃^-的特征反應(yīng)，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
（3）電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移20mol電子時(shí)，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(yīng)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(cè)得CO₂的體積分?jǐn)?shù)（φ）隨時(shí)間（t）變化曲線如圖2．
回答：
（4）T₁時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．兩種溫度下，c點(diǎn)時(shí)體系中混合氣體的壓強(qiáng)相等
C．d點(diǎn)時(shí)，在原容器中充入一定量氦氣，CO的轉(zhuǎn)化率不變
D．b點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)的大小關(guān)系：K_b＜K_d
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(yīng)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(shí)，乙酸的生成速率減小的主要原因是250℃～300℃時(shí)，催化劑的催化效率降低．
②工業(yè)生產(chǎn)中該反應(yīng)的溫度常選擇250℃、不選擇400℃，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，其原因是250℃時(shí)，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費(fèi)較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)．

Answer 1

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=-867kJ•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(jì)算得到反應(yīng)的焓變，熱化學(xué)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計(jì)算；
（4）根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡濃度進(jìn)而求出T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K；
（5）A、因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度是變量，當(dāng)不變時(shí)表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B．c點(diǎn)為交點(diǎn)，各氣體物質(zhì)的量分別相等；
C．反應(yīng)前后氣體體積不變，壓強(qiáng)變化對(duì)平衡無影響；
D．b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d．
（6）①根據(jù)溫度對(duì)催化劑活性的影響分析；
②根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)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=-867kJ•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=（-867kJ•mol^-1）×2-（-574kJ•mol^-1）=-1160kJ•mol^-1，若用4.48L即0.2molCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量為1160kJ/mol×0.2mol=232kJ，
故答案為：232；
（2）酸性條件下，亞鐵離子和硝酸根離子反應(yīng)生成鐵離子、一氧化氮和水，離子反應(yīng)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(yīng)，則Ag-Pt作陰極，陰極上電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，Pt電極為陽極，陽極反應(yīng)為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，當(dāng)轉(zhuǎn)移20mol電子時(shí)，陽極消耗10mol水，產(chǎn)生20molH⁺進(jìn)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(shí)：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol    y                 y
b點(diǎn)量/mol    4-y                y
根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=$\frac{y}{4}$=0.80，得y=3.2mol，c（CO）=0.4mol•L^-1，c（CO₂）=1.6mol•L^-1，
T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{5}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{5}（CO）}$=$\frac{1.6{\;}^{5}}{0．{4}^{5}}$=1024，
故答案為：1024；
（5）A．因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．c點(diǎn)為交點(diǎn)，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(qiáng)不等，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體體積不變，壓強(qiáng)變化對(duì)平衡無影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故C正確；
d．b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BD；
（6）①溫度超過250℃時(shí)，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(shí)，催化劑的催化效率降低；
②業(yè)生產(chǎn)中該反應(yīng)的溫度常選擇250℃、不選擇400℃，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，是因?yàn)?50℃時(shí)，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費(fèi)較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：250℃時(shí)，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費(fèi)較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理，綜合性很強(qiáng)，難度較大．