Question

【題目】汽車(chē)尾氣中的NOx是大氣污染物之一，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

（1）已知：

①CH4(g)＋4NO2(g)4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1

②CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H2=-1160kJ·mol-1

③CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝ 。

（2）反應(yīng)③在熱力學(xué)上趨勢(shì)很大，其原因是 。在固定容器中按一定比例混合CH4與NO2后，提高NO2轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件是 。

（3）在130℃和180℃時(shí)，分別將0.50mol CH4和a mol NO2充入1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)③，測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度		0分鐘	10分鐘	20分鐘	40分鐘	50分鐘
1	130℃	n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n(CH4)/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

① 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的目的是 。

② 130℃時(shí)，反應(yīng)到20分鐘時(shí)，NO2的反應(yīng)速率是 。

③ 180℃時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為 。

④ 已知130℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為6.4，試計(jì)算a= 。

（4）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見(jiàn)圖。該電池在使用過(guò)程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，該電極反應(yīng)為 。

Answer 1

【答案】（1）-867kJ·mol-1

（2）此反應(yīng)放出的熱量十分大；降低溫度、降低壓強(qiáng)

（3）①研究溫度對(duì)該化學(xué)平衡的影響

②0.025mol/(L·min)③70%④1.2

（4）NO2+NO3--e-═N2O5

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，②＋①得，CH4(g) ＋ 2NO2(g)N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H3＝-867 kJ·mol-1；（2）此反應(yīng)放出的熱量十分大，所以反應(yīng)③趨勢(shì)很大；在固定容器中按一定比例混合CH4與NO2后，反應(yīng)放熱，降低溫度平衡正向移動(dòng)NO2轉(zhuǎn)化率增大；減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NO2轉(zhuǎn)化率增大；（3）①實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2只有溫度不同，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的目的是研究溫度對(duì)該化學(xué)平衡的影響；② 130℃時(shí)，反應(yīng)到20分鐘時(shí)，NO2的反應(yīng)速率是0.025mol/(L·min)；③ 180℃時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH4的物質(zhì)的量為0.15mol，平衡轉(zhuǎn)化率為70%

a= 1.2mol

（4）根據(jù)裝置圖，石墨I(xiàn)電極是負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氮元素化合價(jià)升高為+5,石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y,Y是N2O5，電極反應(yīng)是NO2 + NO3- -e- ═ N2O5。