Question

【題目】秋冬季是霧霾高發(fā)季節(jié)，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾的主要原因之一。

(1)工業(yè)上利用甲烷催化還原NOX可減少氮氧化物的排放。已知：

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

CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ/mol

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為_______________________________。

(2)汽車尾氣催化凈化是控制汽車尾氣排放、減少汽車尾氣污染的最有效的手段，主要原理為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)△H<O。向一定條件下的恒容密閉容器中充入NO和CO，用傳感器測得該反應(yīng)在不同時刻N(yùn)O和CO的濃度如下表所示：

時間/s	0	1	2	3	4
c(NO)/mol·L-1	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3
c(CO)/mol·L-1	9.00×10-3	4.00×10-3	2.00×10-3	1.00×10-3	1.00×10-3

①下列可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________(填字母代號)。

A.c(NO)不再改變 B.c(NO)/c(CO)不再改變

C.c(NO)/c(CO2)不再改變 D.V(CO)=V(CO2)

②此條件下達(dá)到平衡時，計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。

③為了提高尾氣處理的效果,可采取的措施有_____________________(寫出兩種即可)。

(3)工業(yè)上常采用“堿溶液吸收”的方法來同時吸收SO2和氮的氧化物氣體(NOx),請寫出氫氧化鈉溶液吸收NO和NO2（兩者體積比1：1）的離子方程式 ___________________。

(4)鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種,常見有+3、+4兩種價態(tài)。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2－、NO3－（兩者物質(zhì)的量之比為1:1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO2-轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì),同時再生Ce4+,其原理如下圖所示。

①Ce4+從電解槽的_____(填字母代號)口流出。

②寫出陰極的電極反應(yīng)式：______________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol AC 2.56×105 降低溫度，或增大壓強(qiáng)(或壓縮體積)，或使用催化活性更好的催化劑等(寫出兩種即可) NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O a 2NO2-+8H++6e-=N2↑+4H2O

【解析】

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

②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ/mol

利用蓋斯定律將（①+②）2可得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，以此計算反應(yīng)熱；

（2）①根據(jù)平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)濃度保持不變，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率以及相關(guān)量不變來判斷；

②利用三段式法計算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計算；

③為了提高尾氣處理的效果，可從增大轉(zhuǎn)化率和加快反應(yīng)速率角度分析；

（3）從氧化還原反應(yīng)的角度判斷反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)而寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式；

（4）①Ce4+是氧化產(chǎn)物，在陽極生成，從電解槽的a口流出。

②陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極NO2-轉(zhuǎn)化為N2，以此寫出陰極的電極反應(yīng)式。

（1）將已知的兩個熱化學(xué)方程式相加再除以2可得甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=[（-574kJ/mol）+（-1160kJ/mol

）]=一867kJ/mol，

因此，本題正確答案為：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=一867kJ/mol；

（2）①A.c(NO)隨著反應(yīng)進(jìn)行而改變，當(dāng)c(NO)不再改變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

B.c(NO)/c(CO)與平衡狀態(tài)之間沒有一定關(guān)系，故B不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；C.c(NO/c(CO2)隨著反應(yīng)進(jìn)行而改變，當(dāng)c(NO/c(CO2)不再改變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

D.V(NO)和V(CO)都是正反應(yīng)速率，不能說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，故D不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

故選AC。

② 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始（×10-3mol/L）9.00 9.00 0 0

轉(zhuǎn)化（×10-3mol/L） 8.00 8.00 4.00 8.00

平衡（×10-3mol/L） 1.00 1.00 4.00 8.00

由此可知，此條件下達(dá)到平衡時，c(NO)=1.00×10-3mol/L，c(CO)=1.00×10-3mol/L，c(CO2)=8.00×10-3mol/L，c(N2)=4.00×10-3mol/L，

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===2.56×105，

③為了提高尾氣處理的效果，可采取的措施有降低溫度，或增大壓強(qiáng)(或壓縮體積)，或使用催化活性更好的催化劑等。

因此，本題正確答案為：AC ；2.56×105；降低溫度，或增大壓強(qiáng)(或壓縮體積)，或使用催化活性更好的催化劑等(寫出兩種即可)；

（3）氫氧化鈉溶液吸收NO和NO2（兩者體積比1：1）則生成NO2-，離子方程式為NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O，

因此，本題正確答案為：NO+NO2 +2OH- =2NO2- +H2O；

（4）①Ce4+是氧化產(chǎn)物，在陽極生成，從電解槽的a口流出；

②陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極NO2-轉(zhuǎn)化為N2，則陰極的電極反應(yīng)式為：2NO2- +8H++6e-=N2↑+4H2O，

因此，本題正確答案為：a ；2NO2- +8H++6e-=N2↑+4H2O。