Question

运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1) 用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的 活性炭和NO，发生 反应C(s)+2NO(g) N₂(g)+CO₂(g)△H=QkJ/mol。 在T₁℃时，反应进行到不同时间(min) 测得各物质的浓度(mol/L) 如下：

浓度  时间	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①30min 后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是________(填字母编号)

a.通入一定量的NO          b.加入定量的活性炭

c.加入合适的催化剂         d.适当缩小容器的体积

② 若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3: 1: 1，则Q_____ 0 (填“>”或“<”<)。

(2) 某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，则得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应：NO+CON₂+CO₂( 有CO)  2NON₂+ O₂ (无CO)

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为: __________；在n(NO)/n(CO)= 1的条件下，应控制最佳温度在_______左右。

②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染，写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式_________________。

③以NO₂、O₂ 熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为__________________。

(3) 天然气的一个重要用途是制取氢气，其原理如下：

已知:① 2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)      △H₁

②CH₄(g)+ 2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     △H₂

③2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)        △H₃

1)科学家提出一种利用天然气制备氢气的方法: CH₄(g)+ CO₂(g)=2CO(g)+2H₂(g)  △H=_____

2)这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决环境问题是_________。

Answer

ad ＜ 该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 870℃ (850℃到900℃之间都可以) 4C2H6+ 14NO28CO2+7N2+12H2O NO2+ NO3--e-=N2O5 △H=△H2-△H1-△H3 减少温室气体排放，缓解温室效应

【解析】试题分析：本题考查图像和图表的分析，外界条件对化学平衡的影响，化学方程式的书写，盖斯定律的应用，原电池原理和电极反应式的书写。

（1）①根据表格20min和30min时各物质的浓度分别对应相等，20min时已经达到平衡；40min和50min时各物质的浓度分别对应相等，40min时又再次达到平衡；30min时改变条件，达到新平衡时NO浓度增大为原来的0.600.50=1.2倍，N2和CO2的浓度增大为原来的0.30.25=1.2倍。a项，通入一定量NO，平衡正向移动，达到新平衡时NO、N2、CO2的浓度都可能为原来的1.2倍（由于C为固体，相当于增大压强平衡不移动）；b项，加入定量活性炭，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变；c项，加入合适催化剂，加快反应速率，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变；d项，适当缩小容器体积，平衡不移动，由于体积减小，达到新平衡时NO、N2、CO2的浓度都可能为原来的1.2倍；30min改变的条件可能是通入一定量的NO、适当缩小容器的体积，答案选ad。

②30min时容器中NO、N2、CO2的浓度之比为0.50:0.25:0.25=2:1:1，升高温度达到平衡时容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1，升高温度平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，Q0。

（2）①若不使用催化剂，发生的反应为2NON2+O2，温度超过775℃，NO的分解率降低，可能原因是：该反应是放热反应，升高温度更有利于反应向逆反应方向进行。根据图像当n（NO）/n（CO）=1时，870℃左右NO的转化率最大，所以应控制的最佳温度在870℃左右。

②烃催化还原NOx可消除氮氧化物的污染，氮氧化物被还原为N2，则烃转化成CO2和H2O，C2H6与NO2反应的化学方程式为4C2H6+14NO28CO2+12H2O+7N2。

③石墨II通入O2，石墨II为正极，石墨I为负极，Y是一种氧化物，NO2发生氧化反应生成Y，Y为N2O5，电极反应式为NO2-e-+NO3-=N2O5。

（3）应用盖斯定律，将②-①-③得，CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）ΔH=ΔH2-ΔH1-ΔH3。这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决的环境问题是：减少温室气体的排放，缓解温室效应。