Question

隨著大氣污染和水污染的日趨嚴重，國家將二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_x）排放量和生活廢水的處理作為環(huán)境保護的主要任務．
（1）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉化器，可使主要污染物（CO、NOx、等）進行相互反應，生成無毒物質，減少汽車尾氣污染．
①已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則反應2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；
△H=

 

．
②在t℃時，將2molNO與1mol CO充入1L反應容器中，反應過程中NO （g）、CO（g）、N₂（g）的物質的量濃度變化如圖一所示，則反應進行到15min時，NO的平均反應速率為

 

；

③20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發(fā)生圖一所示的變化，則改變的條件可能是

 

；（填字母）
a．加入催化劑       b．降低溫度
c．縮小容器體積     d．增加CO₂的物質的量
④當25min達到平衡后，若保持體系溫度不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，平衡將

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
（2）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖二所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，有關電極反應可表示為

 

．
（3）若生活污水中含大量的氮化合物，通常用生物膜脫氮工藝進行處理：首先在硝化細菌的作用下將NH₄⁺氧化為NO₃^-：NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O，然后加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉化為兩種無毒氣體．請寫出加入甲醇后反應的離子方程式

 

．
（4）硝酸工業(yè)生產中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關的化學反應為：2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂①，NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂②．現用足量的純堿溶液來吸收硝酸工業(yè)尾氣（NO和NO₂），每產生22.4L（標準狀況下）CO₂時，吸收液質量增加44g．求硝酸工業(yè)尾氣中NO和NO₂的物質的量之比？（必須寫出計算過程）

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,反應速率的定量表示方法,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①根據已知方程推斷所解方程，利用蓋斯定律獲得焓變；
②根據化學反應速率公式v=

△c

△t

可以計算化學反應的速率；
③根據影響化學反應速率的因素來回答；
④先根據三段法求出各自的濃度，然后求出平衡常數和濃度熵，最后根據平衡常數的大小與濃度熵的大小來確定平衡移動方向；
（2）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應；
（3）加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉化為兩種無毒氣體，可以確定產物是氮氣和二氧化碳；
（4）根據二氧化碳氣體體積和溶液質量增加的量列方程組解出一氧化氮和二氧化氮的體積，從而得出其體積之比．

解答： 解：（1）①已知：a：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol
c：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
則反應2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）可以是2c-a-b得到，所以該反應的焓變=2（-393.5kJ/mol）-180.5kJ/mol-（-221.0kJ/mol）=-746.5 kJ/mol  
即NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol，
故答案為：-746.5 kJ/mol；
②反應進行到15min時，NO的平均反應速率v=

△c

△t

=

2mol/L-1.6mol/L

15min

=0.027 mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.027 mol?L^-1?min^-1；
③20min時，氮氣的濃度迅速增加，說明化學平衡向正方向進行，對于化學平衡：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
a．加入催化劑化學平衡不移動，故a錯誤；
b．降低溫度，化學平衡向正方向進行，故b正確；
c．縮小容器體積，即增大壓強化學平衡不移動，故c錯誤；
d．增加CO₂的物質的量，化學平衡逆向進行，單質氮氣濃度減小，故d錯誤．
故選c．
 ④當25min達到平衡后，若保持體系溫度不變，再向容器中充入NO、N₂氣體各1mol，根據濃度熵規(guī)則，此時Qc＞K，所以化學平衡會逆向移動，故答案為：向左；（2）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；（
（3）加入甲醇，NO₃^-和甲醇轉化為兩種無毒氣體，可以確定產物是氮氣和二氧化碳，發(fā)生的化學反應為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，故答案為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O；    
（4）設NO的物質的量是x，NO₂的物質的量是y，則
    x+

y-x

2

=1mol；
    32x+24（y-x）=44
解得：x=0.25，y=

7

4

；即一氧化氮和二氧化氮的物質的量之比=1：7，所以相同條件下，一氧化氮和二氧化氮的體積之比是1：7，
答：硝酸工業(yè)尾氣中NO和NO₂的物質的量之比1：7．

點評：本題主要考查化學平衡的移動、電極反應以及化學計算，注意平時知識的積累以及靈活應用是解題的關鍵，難度大，綜合性強．