Question

【題目】建設“美麗中國”首先要做好環境保護與治理。氮氧化物(NOx)是嚴重的大氣污染物，其主要來源有汽車尾氣和硝酸工廠等。氮氧化物(NOX)能引起霧霾、光化學煙霧、酸雨等環境問題。某科研機構設計了如下轉化氮氧化物的幾種方案。請回答下列問題：

(1)方案Ⅰ：利用甲烷在催化劑條件下還原NOx，相關反應如下：

①N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=+180.5kJ/mol

②CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) H2=-574kJ/mol

③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+ CO2(g)+2H2O(l) H3=-1160kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學反應方程式是 ___ 。

(2)方案Ⅱ：利用CO在催化劑條件下還原NOx：2NOx(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H。向容積均為2L的甲(溫度為T1)、乙(溫度為T2)兩個恒容密閉容器中分別充入2 mol NO2(g)和3 mol CO(g)。反應過程中兩容器內CO2的物質的量濃度隨時間的變化關系如圖所示：

①甲容器中，平衡時NO2的轉化率為____；

②T1___T2(填“>”或“<”)；△H___0(填“>”或“<”)，判定的依據是____；

③T2溫度時，該反應的平衡常數K=____；

④乙容器達到平衡后，再充入3 mol NO2和2 molCO2，此時v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)。

(3)方案3：可以利用原電池原理處理氮氧化合物，原理如圖。則其正極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol > < 溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應 16 = 2NO+4e-+4H+=N2+2H2O

【解析】

（1）甲烷完全燃燒的化學方程式為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，

根據①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJmol1；

②CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+4CO2(g)+2H2O(1) △H=574kJmol1；

③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1) △H=1160kJmol1；

根據蓋斯定律①×2+③可得，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的焓變△H=+180.5kJmol1×2+(1160kJmol1)=799kJ/mol，熱化學方程式為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol，

故答案為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=799kJ/mol；

（2）①根據三段式：

則平衡時NO2的轉化率為，故答案為：。

②根據分析可知，T1時先達到平衡，速率快，T1>T2，溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動，該反應的正反應為放熱反應，故答案為：>；<；溫度升高，c(CO2)低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應。

③根據三段式：

該反應的平衡常數，故答案為：16。

④乙容器達到平衡后，再充入1.5mol/LNO2和1mol/LCO2，則，則反應仍是平衡狀態，v(正)=v(逆)，故答案為：=。

（3）根據可知，電極A上發生氧化反應，為負極，電極B上發生還原反應，為正極，電解質溶液為酸性溶液，則正極的電極反應式為：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O，故答案為：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O。