Question

16．氮氧化物（NO_x）、CO_x和有機(jī)氫化物等氣體會造成環(huán)境問題．對上述廢氣進(jìn)行化學(xué)方法處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）合成氨所需的氫氣可以用以下方法制得：
舒中高三理綜 第10頁 （共18頁）
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ?mol^-1
則氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol
對于反應(yīng)①，一定能提高平衡體系中H₂的百分含量，同時能加快反應(yīng)速率的是A（填字母序號）．
A．升高溫度                    B．增大水蒸氣濃度
C．加入催化劑                  D．降低壓強(qiáng)
（2）工業(yè)上利用CO₂生成甲醇燃料，反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O   （g）△H=-49.0kJ•mol^-1．將6mol CO₂和8mol H₂充入容器為2L的密閉容器中，恒溫下，H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖1實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應(yīng)坐標(biāo)）．
①反應(yīng)在0min～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率為0.125mol/（L•min）．
②僅改變某一條件再進(jìn)行實驗，測得H₂物質(zhì)的量變化如圖1虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升溫．

（3）用NaOH溶液可吸收氮的氧化物（NO_x，將一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應(yīng)得NaNO₂，將此溶液和一定量NaOH溶液分別加到圖2所示的電解槽中用惰性電極進(jìn)行電解，A室產(chǎn)生了N₂．
①NaOH溶液吸收NO、NO₂混合氣體的離子方程式NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O
②A室中NO₂^-發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式是2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑．
（4）利用空氣催化氧化法制取聯(lián)氨，其有關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化如圖3所示（R₁、R₂代表烴基）．
 反應(yīng)中當(dāng)有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，保持溶液中酮的物質(zhì)的量不變，需要消耗O₂的物質(zhì)的量為0.25mol
②在溫度一定和不補(bǔ)加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分?jǐn)嚢瑁�上述轉(zhuǎn)化的相關(guān)過程說法正確的是A、B
A．  為該轉(zhuǎn)化過程的催化劑
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可適當(dāng)增大通入的空氣量
C．上述轉(zhuǎn)化過程中不存在氧化還原反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷和水蒸氣的化學(xué)方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由已知焓變的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律求解該反應(yīng)的焓變；
反應(yīng)①為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子數(shù)增多，體系壓強(qiáng)增大，反應(yīng)為吸熱的反應(yīng)，因此降低壓強(qiáng)，升高溫度，均有利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，據(jù)此分析；
（2）①根據(jù)圖象分析，反應(yīng)從0～8min內(nèi)，經(jīng)歷的時間為△t=8min，H₂的物質(zhì)的量變化為△n=8-2=6mol，密閉容器的體積為V=2L，則H₂的化學(xué)反應(yīng)平均速率為$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，據(jù)此計算CO₂的化學(xué)平均反應(yīng)速率；
②僅改變某一條件再進(jìn)行實驗，測得H₂物質(zhì)的量變化如圖1虛線所示，根據(jù)圖象分析，改變條件后，反應(yīng)更快達(dá)到了平衡，表明化學(xué)反應(yīng)速率加快，且平衡向逆反應(yīng)方向移動，據(jù)此判斷改變的條件；
（3）①一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應(yīng)得NaNO₂，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式，注意配平；
②A室產(chǎn)生了N₂，表明NO₂^-在此反應(yīng)過程中得到了電子，N元素化合價降低，考慮到NaNO₂水解，溶液是堿性，反應(yīng)中有OH^-存在，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
（4）①反應(yīng)中當(dāng)有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，反應(yīng)失去的電子數(shù)為1mol，保持溶液中酮的物質(zhì)的量不變，根據(jù)電子得失守恒計算反應(yīng)消耗O₂的物質(zhì)的量；
②在溫度一定和不補(bǔ)加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分?jǐn)嚢瑁�根�?jù)轉(zhuǎn)化圖分析，在反應(yīng)過程中充當(dāng)載體的作用，反應(yīng)前后本身化學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生改變，整個反應(yīng)中存在氧化還原反應(yīng)，據(jù)此逐項分析．

解答 解：（1）氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷和水蒸氣的化學(xué)方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由-（①+②）得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=-（△H₁+△H₂）=-（206.4-41.2）=-165.2kJ/mol，
反應(yīng)①為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.4kJ/mol，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子數(shù)增多，體系壓強(qiáng)增大，反應(yīng)為吸熱的反應(yīng)，因此降低壓強(qiáng)，升高溫度，均有利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，
A．升高溫度，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，能提高平衡體系中H₂的百分含量，同時加快反應(yīng)速率，故A可選；
B．增大水蒸氣濃度，使化學(xué)平衡正向移動，能提高平衡體系中H₂的物質(zhì)的量，也能提高整體化學(xué)反應(yīng)速率，但增大水蒸氣濃度，并不能抵消反應(yīng)，有可能使平衡體系中H₂的百分含量降低，故B不選；
C．加入催化劑，催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，即平衡體系中H₂的百分含量和未使用催化劑前一樣，故C不選；
D．降低壓強(qiáng)，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，能提高平衡體系中H₂的百分含量，但不提高反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，故D不選，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.2kJ/mol；A；
（2）①根據(jù)圖象分析，反應(yīng)從0～8min內(nèi)，經(jīng)歷的時間為△t=8min，H₂的物質(zhì)的量變化為△n=8-2=6mol，密閉容器的體積為V=2L，則H₂的化學(xué)反應(yīng)平均速率為$\overline{r}$（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$=$\frac{6mol}{2L×8min}$=0.375mol/（L•min），根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則$\overline{r}（C{O}_{2}）$=$\frac{1}{3}\overline{r}（{H}_{2}）$=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
②僅改變某一條件再進(jìn)行實驗，測得H₂物質(zhì)的量變化如圖1虛線所示，根據(jù)圖象分析，改變條件后，反應(yīng)更快達(dá)到了平衡，表明化學(xué)反應(yīng)速率加快，且平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此曲線I改變的條件可能是升溫，
故答案為：升溫；
（3）①一定量的NO、NO₂混合氣體通入NaOH溶液恰好反應(yīng)得NaNO₂，則反應(yīng)的離子方程式為：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O，
故答案為：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O；
②A室產(chǎn)生了N₂，表明NO₂^-在此反應(yīng)過程中得到了電子，N元素化合價降低，考慮到NaNO₂水解，溶液是堿性，反應(yīng)中有OH^-存在，由于反應(yīng)是得到電子的反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒，反應(yīng)應(yīng)該是生成OH^-，因此A室中NO₂^-發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式是：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑，
故答案為：2NO₂^-+6e^-+6H₂O═8OH^-+N₂↑；
（4）①反應(yīng)中當(dāng)有1mol NH₃轉(zhuǎn)化為N₂H₄時，N從-3價變?yōu)?2價，則1molNH₃反應(yīng)失去的電子數(shù)為1mol，保持溶液中酮的物質(zhì)的量不變，1molO₂參加反應(yīng)失去的電子數(shù)為2×2=4mol，根據(jù)電子得失守恒，需要消耗O₂的物質(zhì)的量為n（O₂）=$\frac{1}{4}$=0.25mol，
故答案為：0.25mol；
②在溫度一定和不補(bǔ)加溶液的條件下，緩慢通入NH₃、O₂混合氣體，并充分?jǐn)嚢瑁�根�?jù)轉(zhuǎn)化圖分析，在反應(yīng)過程中充當(dāng)載體的作用，反應(yīng)前后本身化學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生改變，整個反應(yīng)中存在氧化還原反應(yīng)，
A．在反應(yīng)過程中充當(dāng)載體的作用，反應(yīng)前后本身化學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生改變，充當(dāng)催化劑的作用，故A正確；
B．欲使生成的N₂H₄中不含NH₃，可考慮將NH₃催化氧化成N₂H₄，可適當(dāng)增大通入的空氣量達(dá)到目的，故B正確；
C．上述轉(zhuǎn)化過程中通入空氣，空氣中的O₂為氧化劑，反應(yīng)存在氧化還原反應(yīng)，故C錯誤；
故選AB．

點評 本題主要考察化學(xué)原理部分知識，包含熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動，化學(xué)反應(yīng)速率對的計算，氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平及計算，流程的分析，牢牢把握守恒思想是關(guān)鍵．本題涉及的知識點較多，是綜合題，難度中等．