Question

燃煤廢氣、汽車(chē)尾氣中的氮氧化物（NO_x）、一氧化碳等有害氣體，常用下列方法處理，以減少對(duì)環(huán)境的污染．
（1）對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝處理時(shí)，常利用甲烷催化還原氮氧化物，如：
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1molCH₄將NO₂還原為N₂的反應(yīng)熱為

 

；
（2）除氮氧化物及CO外，汽車(chē)尾氣中還含有碳?xì)浠�合物等污染物，如圖是汽車(chē)尾氣轉(zhuǎn)化研究的示意圖：

表示的是Pt/Al₂O₃/Ba表面吸附與解吸作用的機(jī)理，氮氧化物是NO₂，碳?xì)浠�合物是CxHy，寫(xiě)出兩者反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

，Pt/Al₂O₃/Ba的作用是

 

；
（3）平衡常數(shù)K的數(shù)值大小，是衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的標(biāo)志，K的數(shù)值越大，化學(xué)反應(yīng)的限度越大，反應(yīng)物反應(yīng)的越充分．在25℃時(shí)，下列反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30㈠
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） K₂=2×10⁸¹㈡
2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92㈢
①常溫下，反應(yīng)2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g） 平衡常數(shù)K=

 

；
②關(guān)于以上反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是

 

A．常溫下，NO，H₂O，CO₂三種化合物分解放出氧氣的傾向大小順序：NO＞H₂O＞CO₂
B．若升高溫度，反應(yīng)㈢的平衡常數(shù)K₃將增大
C．若只增加壓強(qiáng)，且反應(yīng)物、生成物狀態(tài)不變，反應(yīng)㈠平衡不發(fā)生移動(dòng)，平衡常數(shù)不變；反應(yīng)㈡平衡朝正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大
D．若增加汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣的進(jìn)氣量，可同時(shí)減少氮氧化物和一氧化碳的排放
③基于環(huán)保法規(guī)，要求改裝汽車(chē)尾氣處理裝置，達(dá)到使氮氧化物（NO）、一氧化碳轉(zhuǎn)化為無(wú)污染、可排放的氣體的目的．改裝的方法主要是加入有效催化劑，請(qǐng)你根據(jù)以上有關(guān)數(shù)據(jù)分析，在不改變其它條件的情況下，可使用催化劑除污染氣體的原因：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）用蓋斯定律的原理解答；
（2）從圖上可見(jiàn)，CxHy與NO₂反應(yīng)生成CO₂、N₂、H₂O，書(shū)寫(xiě)方程式時(shí)，先確定CxHy前的化學(xué)計(jì)量數(shù)，一般定為1，然后，在CO₂和H₂O前面加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量數(shù)，讓C原子H原子個(gè)數(shù)相同，再依據(jù)CO₂和H₂O的化學(xué)計(jì)量數(shù)，在NO₂前加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量數(shù)，配平O原子，最后是N原子，依據(jù)NO₂前的化學(xué)計(jì)量數(shù)配平N₂即可；
催化劑又叫觸媒，就是反應(yīng)物在其表面接觸反應(yīng)，故Pt/Al₂O₃/Ba是催化劑；
（3）①?gòu)腒的計(jì)算公式可見(jiàn)，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的K是其逆反應(yīng)的K的倒數(shù)，可求出答案；
②A(yíng)、分別分析NO，H₂O，CO₂三種化合物分解放出氧氣的方程式中的K，K越大放出氧氣的傾向越大；
B、CO燃燒是放熱反應(yīng)，則反應(yīng)（三）吸熱，升溫時(shí)向正向進(jìn)行程度大；
C、平衡常數(shù)只受溫度影響；
D、在汽車(chē)尾氣中，氮氧化物的排放量多少與氧氣的多少無(wú)關(guān)；
③根據(jù)以上有關(guān)數(shù)據(jù)，可據(jù)蓋斯定律分析，NO與CO反應(yīng)的K值大小，進(jìn)而解答．

解答： 解：（1）已知
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
據(jù)蓋斯定律，（①+②）÷2得：
CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，故答案為：-867 kJ?mol^-1；
（2）據(jù)圖分析CxHy+NO₂→CO₂+N₂+H₂O，令化學(xué)計(jì)量數(shù)為1，為使C、H原子數(shù)相等，有CxHy+NO₂→xCO₂+N₂+

y

2

H₂O，再配平O原子，生成物中有O原子（2x+

y

2

），可確定NO₂前的化學(xué)計(jì)量數(shù)，得到CxHy+（x+

y

4

）NO₂→xCO₂+N₂+

y

2

H₂O，最后配平N原子，得CxHy+（x+

y

4

）NO₂=xCO₂+（

x

2

+

y

8

）N₂+

y

2

H₂O，寫(xiě)明條件即可；
催化劑又叫觸媒，就是反應(yīng)物在其表面接觸反應(yīng)，故Pt/Al₂O₃/Ba是催化劑，
故答案為：CxHy+（x+

y

4

）NO₂ 

催化劑  .

xCO₂+（

x

2

+

y

8

）N₂+

y

2

H₂O；催化劑；   
（3）①反應(yīng)2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）的平衡常數(shù)是反應(yīng)2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）的平衡常數(shù)的倒數(shù)，為

1

2×1081

=5×10^-82 
故答案為：5×10^-82；
②A(yíng)、已知
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30㈠
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） K₂=2×10⁸¹㈡
③2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92㈢
①②的逆反應(yīng)生成氧氣，其平衡常數(shù)分別為K=

1

1×10-30

=1×10³⁰，K=5×10^-82，③=4×10^-92，K越大向正向進(jìn)行的程度越大，從各自的K可見(jiàn)，故A正確；
B、CO燃燒是放熱反應(yīng)，則反應(yīng)（三）吸熱，升溫時(shí)向正向進(jìn)行程度大，K升高，故B正確；
C、因?yàn)槠胶獬��?shù)只受溫度影響，故C錯(cuò)誤；
D、氮氧化物的排放量多少與氧氣的多少無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤，
故答案為：AB； 
③已知
①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）K₁=1×10^-30
②2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）K₃=4×10^-92
據(jù)蓋斯定律①+②得N₂+2CO₂=2CO+2NO K=K₁×K₃=4×10^-122，其逆反應(yīng)為2CO+2NO=2CO₂+N₂  K=2.5×10¹²¹，K值越大，反應(yīng)進(jìn)行的越完全，從理論上來(lái)說(shuō)，CO與NO能反應(yīng)完全，
故答案為：反應(yīng)2CO+2NO=2CO₂+N₂的K=1/K₁K₂=2.5×10¹²¹，K數(shù)值很大，反應(yīng)進(jìn)行完全，若使用合適催化劑加快反應(yīng)速率，可以除去污染氣體．

點(diǎn)評(píng)：本題重點(diǎn)考查了化學(xué)平衡常數(shù)，從深層次的理解化學(xué)平衡常數(shù)是解決本題的關(guān)鍵．要熟知化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算公式，明白化學(xué)平衡常數(shù)的大小，能夠表明反應(yīng)能夠進(jìn)行的程度．