Question

(14分)硝酸厂废气、汽车尾气中的氮氧化物可污染大气，现有几种消除氮氧化物的方法如下：

目前，消除氮氧化物污染有多种方法。

（1）方法一：CH₄催化还原法。已知：

①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₁＝－574 kJ·mol^－1

②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₂

③H₂O(g)＝H₂O(l) ΔH₃＝－44 kJ·mol^－1

现有一混合气体中NO与NO₂的体积比为3：1，用22．4L（标准状况下）甲烷气体催化还原该混合气体，恰好完全反应（已知生成物全部为气态），并放出1013．5KJ的热量，则ΔH₂为______；写出CH₄ (g)与NO₂ (g)反应生成N₂ (g) 、CO₂(g)和H₂O(l)的热化学方程式_______________________。

（2）方法二：活性炭还原法。

某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁ ℃)条件下反应，只生成甲和乙，甲和乙均为参与大气循环的气体，且反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

物质的量/mol 时间/min	NO	甲	乙
0	0．200	0	0
10	0．116	0．042	0．042
20	0．080	0．060	0．060
30	0．080	0．060	0．060

由以上信息可知：

①该原理的化学方程式为____________________________________________________.

②该温度下的平衡常数K=_____________________________。(保留小数点后两位有效数字)

③若20min后升高温度至T₂℃，达到平衡后，若容器中NO、甲、乙的浓度之比为1:1:1，

则该反应的ΔH_______ 0 。(填＂＞＂、＂＜＂、＂=＂)

（3）方法三：NH₃催化还原氮氧化物（SCR技术)。该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。

反应原理为：2NH₃(g)＋NO(g)＋NO₂(g) 2N₂(g)＋3H₂O(g) 每生成1molN₂转移的电子数为_____________________________________________________________。

（4）方法四：ClO₂氧化氮氧化物。其转化流程如下：

已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ ClO₂ + H₂O ＝ NO₂ + HNO₃ + HCl，则反应Ⅱ的化学方程式是            。

Answer

（14分）

（1）-1160kJ/mol CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955 kJ·mol－1

（2）①C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ②0.56 ③＞

（3）3NA （4）2NO2 + 4 Na2SO3 = N2 + 4Na2SO4

【解析】

试题分析：（1）22.4L标准状况下的甲烷物质的量为1mol，设混合气体中NO2 xmol,NOymol，根据①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1 ②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2

列方程为3x=y 、x/4+y/4=1 解得x=1，y=3，根据574/4+(|ΔH2|/4)×3=1013.5 解得ΔH2=-1160kJ/mol；根据盖斯定律，（①+②）÷2+③×2=(－574 kJ·mol－1-1160kJ/mol）÷2+(－44 kJ·mol－1)×2=－955 kJ·mol－1, CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式为CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－955 kJ·mol－1。

（2）①C与NO反应生成两种参与大气循环的气体，该气体是氮气和CO2 ，所以化学方程式为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)；

②反应达平衡时，各气体的物质的量为NO:0.080mol，N2：0.06mol，CO2：0.06mol,设容器的体积为1L,根据C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g),K=（0.06×0.06）÷（0.08×0.08）=0.56；

③20min时，容器中NO、甲、乙的浓度为0.08、0.06、0.06，20min后，升高温度，各物质的浓度之比为1:1:1，说明平衡正向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向进行，则该反应的ΔH>0.

（3）根据2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g) 2N2(g)＋3H2O(g)转移6e－，每生成1molN2转移的电子数为3NA。

（4）根据物质转化的流程图可知，反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ ClO2 + H2O ＝ NO2 + HNO3 + HCl，向反应后的物质中加入Na2SO3 水溶液，生成N2，说明NO2 中N元素的化合价降低，做氧化剂，而Na2SO3 中的硫元素化合价升高，做还原剂生成Na2SO4 ,则反应Ⅱ的化学方程式为2NO2 + 4 Na2SO3 = N2 + 4Na2SO4。

考点：考查反应热的计算，盖斯定律的应用，热化学方程式的书写，化学平衡，氧化还原反应等知识。