Question

【題目】汽車尾氣主要含有CO2 、CO、SO2、NOx 等物質(zhì)，尾氣中CO、氫氧化物(NOx) 嚴(yán)重影響人們的生活和健康，化學(xué)工作者對(duì)氮氧化物的處理做了廣泛而深入的研究。

（1）利用甲烷還原NOx

①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mo l；

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+H2O(g) △H2=-1160kJ/mo l,

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

（2）將不同量的CO(g)積H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	4
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中以v(CO2) 表示的反應(yīng)速率為/span>_________(保留兩位有效數(shù)字，下同)。

②該反應(yīng)為________(填“吸熱”或“放熱”) 反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)2條件下的平衡常數(shù)K=________。

③若達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2 與實(shí)驗(yàn)3中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等，且t＜4min,則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是_________________________(用含a、b的數(shù)學(xué)式表示)。

（3）CO分析儀的傳感器可測(cè)定汽車尾氣是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)。該分析儀的工作原理類似于燃料電池，其中電解質(zhì)是氧化釔(Y2O3) 和氧化鋯(ZrO2) 晶體，能傳導(dǎo)O2-，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________。

（4）SO2可用鈣基固硫反應(yīng)除去，反應(yīng)生成的CaSO4是一種微溶物質(zhì)，其Ksp=9.0×10-6。若將濃度為2×10-3mol/L的Na2SO4溶液與等體積的CaCl2溶液混合，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為_____________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol 0.13mol/(L·min) 放熱 0.17 a=2b且b＞1(或a=2b且a>2) CO-2e-+O2-=CO2 1.8×10-2mol/L

【解析】試題分析：(1)根據(jù)蓋斯定律書寫甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式；(2)①根據(jù) 計(jì)算v(CO2)表示的反應(yīng)速率；②根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2可知，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；利用“三段式”計(jì)算實(shí)驗(yàn)2條件下的平衡常數(shù)；③若達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等，說明實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3是等效平衡，投料比相等， t＜4min，反應(yīng)速率快，說明實(shí)驗(yàn)3壓強(qiáng)大，投料多；（3）負(fù)極CO失電子生成CO2；（4） 才能生成沉淀；

解析：(1)①CH4(g)+NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mol；

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

根據(jù)蓋斯定律①+②得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol；(2)①實(shí)驗(yàn)1達(dá)到平衡生成氫氣1.6mol，同時(shí)生成CO21.6mol，根據(jù) ，v(CO2)= 0.13mol/(L·min) ；②根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2可知，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)放熱；

= 0.17；

③若達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等，說明實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3是等效平衡，投料比相等， t＜4min，反應(yīng)速率快，說明實(shí)驗(yàn)3壓強(qiáng)大，投料多，所以a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是a=2b且b＞1；（3）負(fù)極CO失電子生成CO2，負(fù)極反應(yīng)式是CO-2e-+O2-=CO2；（4）設(shè)生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為x， ，x>1.8×10-2mol/L ，所以生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為1.8×10-2mol/L。