Question

【題目】建設(shè)“美麗中國(guó)”首先要做好環(huán)境保護(hù)與治理。氮氧化物(NOx)是嚴(yán)重的大氣污染物，其主要來(lái)源有汽車尾氣和硝酸工廠等。氮氧化物(NOX)能引起霧霾、光化學(xué)煙霧、酸雨等環(huán)境問(wèn)題。某科研機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了如下轉(zhuǎn)化氮氧化物的幾種方案。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)方案Ⅰ：利用甲烷在催化劑條件下還原NOx，相關(guān)反應(yīng)如下：

①N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=+180.5kJ/mol

②CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) H2=-574kJ/mol

③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+ CO2(g)+2H2O(l) H3=-1160kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式是 ___ 。

(2)方案Ⅱ：利用CO在催化劑條件下還原NOx：2NOx(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H。向容積均為2L的甲(溫度為T1)、乙(溫度為T2)兩個(gè)恒容密閉容器中分別充入2 mol NO2(g)和3 mol CO(g)。反應(yīng)過(guò)程中兩容器內(nèi)CO2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示：

①甲容器中，平衡時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為____；

②T1___T2(填“>”或“<”)；△H___0(填“>”或“<”)，判定的依據(jù)是____；

③T2溫度時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____；

④乙容器達(dá)到平衡后，再充入3 mol NO2和2 molCO2，此時(shí)v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)。

(3)方案3：可以利用原電池原理處理氮氧化合物，原理如圖。則其正極的電極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol > < 溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 16 = 2NO+4e-+4H+=N2+2H2O

【解析】

（1）甲烷完全燃燒的化學(xué)方程式為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，

根據(jù)①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJmol1；

②CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+4CO2(g)+2H2O(1) △H=574kJmol1；

③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1) △H=1160kJmol1；

根據(jù)蓋斯定律①×2+③可得，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的焓變△H=+180.5kJmol1×2+(1160kJmol1)=799kJ/mol，熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol，

故答案為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol；

（2）①根據(jù)三段式：

則平衡時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為，故答案為：。

②根據(jù)分析可知，T1時(shí)先達(dá)到平衡，速率快，T1>T2，溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：>；<；溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

③根據(jù)三段式：

該反應(yīng)的平衡常數(shù)，故答案為：16。

④乙容器達(dá)到平衡后，再充入1.5mol/LNO2和1mol/LCO2，則，則反應(yīng)仍是平衡狀態(tài)，v(正)=v(逆)，故答案為：=。

（3）根據(jù)可知，電極A上發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極B上發(fā)生還原反應(yīng)，為正極，電解質(zhì)溶液為酸性溶液，則正極的電極反應(yīng)式為：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O，故答案為：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O。