Question

【題目】氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一。消除氮氧化物有多種方法。

（1）可利用甲烷催化還原氮氧化物。已知：

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

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ·mol-1

則CH4(g)將NO(g)還原為N2(g)的熱化學方程式是____。

（2）汽車內燃機工作時發生的反應為N2(g)+O2(g)2NO(g)，生成的NO是汽車尾氣的主要污染物。T℃時，向5L恒容密閉容器中充入6.5molN2和7.5molO2，在5min時反應達到平衡狀態，此時容器中NO的物質的量5mol(不考慮后續反應)。則5min內該反應的平均速率v(NO)=_____；在T℃時，該反應的平衡常數K=_____。

（3）汽車尾氣中也含有CO，已知CO能發生可逆反應：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1。

①向某容器中充入1.0molH2O(g)和1.0molCO(g)，在一定條件下發生上述反應。混合氣體中CO的物質的量(mol)與時間關系如下表所示：

	0	5min	10min	15min	20min	25min
Ⅰ(800℃)	1.0	0.80	0.70	0.65	0.50	0.50
Ⅱ(800℃)	1.0	0.70	0.60	0.50	0.50	0.50

相對實驗Ⅰ，實驗Ⅱ改變的條件可能是_____。

②若開始時向絕熱容器中投入一定量二氧化碳、氫氣，在一定條件下發生上述可逆反應。下列圖像正確且能說明可逆反應已達到平衡狀態的是_____(填字母)。

A. B. C. D.

（4）利用ClO2氧化氮氧化物反應過程如下：NONO2N2

反應Ⅰ的產物中還有兩種強酸生成，其中硝酸與NO2的物質的量相等，則其化學方程式是___。若有標準狀況下11.2LN2生成，共消耗ClO2___g。

Answer 1

【答案】CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1160kJ·mol-1 0.2mol·L-1·min-1 1.25 增大壓強(或加入催化劑) A 2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl 67.5

【解析】

（1）反應①：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-574kJ·mol-1，

反應②：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-867kJ·mol-1，

將②×2-①可得CH4(g)將NO(g)還原為N2(g)的熱化學方程式：CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=[(-867)×2-(-574)] kJ·mol-1=-1160kJ·mol-1；

（2）由題可列出三段式為：

5min內該反應的平均速率v(NO)==0.2 mol·L-1·min-1；平衡常數；

（3）①由表格數據變化可知，在實驗II反應中速率較快，最終平衡時CO的量一致，因此實驗II該變的條件為加快化學反應速率但不該變平衡的條件，該反應為氣體等體積反應，增加壓強或者加入催化劑可達到該目的；

② A．該反應正向為放熱反應，當加入CO2、H2后，反應逆向進行，其過程為吸熱過程，因反應是在絕熱體系中進行，因此隨著反應的進行，體系內溫度降低，當溫度不再發生變化時，可說明反應達到平衡狀態，故A符合題意；

B．該反應中H2隨著反應的進行，其濃度將逐漸降低，故B不符合題意；

C．焓變與反應進行程度無關，因此無法根據焓變數據判斷反應是否達到平衡狀態，故C不符合題意；

D．該反應中所有物質均為氣體物質，氣體總質量不變，隨著反應的進行，氣體的物質的量不變，氣體平均摩爾質量不變，因此無法根據氣體平均摩爾質量判斷反應是否達到平衡狀態，故D不符合題意；

故答案為：A；

（4）由題可知，NO與ClO2反應，生成物為HNO3、NO、HCl，根據元素守恒可知反應物中含有水，根據氧化還原反應得失電子守恒以及原子守恒可知反應I的反應方程式為：2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl；反應II為：2NO2+4Na2SO3=N2+4Na2SO4，標況下有11.2LN2(即0.5mol)生成，會消耗1molNO2，每生成1molNO2，會消耗ClO2的質量為：1mol×67.5g/mol=67.5g。