Question

碳、氮及其化合物与生活密切相关。请根据要求回答下列问题:

(1)用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:

①CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)     △H= —574kJ/mol

②CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)      △H= —1160kJ/mol

③H₂O(g)=H₂O(l)                            △H= —44kJ/mol

写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(1)的热化学方程式_________。

(2)已知:反应I:4NH₃(g)+5O₂(g) 4NO(g)+6H₂O(g)    △H<0

反应II:4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)        △H<0

①在恒温恒容装置中充入一定量的NH₃ 和O₂,在催化剂的作用下进行反应I，则下列有关叙述中正确的是___(填字母序号)。

A.增大压强，Kp(用压强表示的化学平衡常数)增大

B.若测得容器内3v(NH₃)=2v (H₂O)时，说明反应已达平衡

C.通入一定量的氮气，则化学反应速率增大

D.达到平衡时体系的压强不再变化

②氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1molNH₃和2molO₂，得有关物质的量关系如图，该催化剂在低温时选择反应_____(填“I”或“II”)。

③520℃时，4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)的平衡常数K=_______(只需列出数字计算式，无需化简)。恒压容器中，为了提高NH₃转化为N₂平衡转化率的措施有______( 填字母序号)

A.降低反应温度                       B. 投料比不变，增加反应物的浓度

C.增大NH₃和O₂的初始投料比          D. 充入一定量的氦气

（3）己知25℃时HCN 和H₂CO₃的电离常数(Ka.)如下表:

物质	电离常数(Ka)
HCN	Ka=5×10^-10
H2CO3	Ka1=4.5×10^-7；Ka2=4.7× 10^-11

25℃时，测得等体积等浓度的HCN和NaCN的混合溶液pH=11,则c(Na⁺)、c(H⁺)、c(CN^—)、c(OH^—)、c(HCN)浓度由大到小顺序为______，向NaCN溶液中通入少量CO₂，则发生反应的化学方程式为:______________________。

Answer

CH4(g)+2NO2(g) === N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H= -955 kJ/mol D II K= AD c(HCN)>c(Na+)>c(CN—)>c(OH—)>c(H+) NaCN+ CO2+ H2O ===HCN+ NaHCO3

【解析】(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= —574kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= —1160kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l) △H= —44kJ/mol

根据盖斯定律，由×①+×②+2×③得反应CH4(g)+2NO2(g) = N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=×（—574kJ/mol）+×（—1160kJ/mol）+2×（—44kJ/mol）=-955 kJ/mol；(2) ①A.恒容条件下增大压强向气体体积缩小的逆反应方向移动， Kp减小，选项A错误；B.若测得容器内3v(NH3)=2v (H2O)时，没有说明正逆反应速率，无法确定正逆反应速率相等，故不能说明反应已达平衡，选项B错误；C.通入一定量的氮气，对于反应I各反应物的浓度不变，则化学反应速率不变，选项C错误；D.达到平衡时各气体的物质的量不变，体系的压强不再变化，选项D正确。答案选D；②该催化剂在低温时生成的氮气较少，故选择反应II；③NO和N2的平衡浓度是0.2mol/L，NH3的平衡浓度是（1-0.2×3）mol/L=0.4mol/L，O2的平衡浓度是（2-0.2×-1.5×2）mol/L=1.45mol/L，水的平衡浓度是（0.2×1.5+0.2×3）mol/L=0.9mol/L，所以K=；A、该反应△H<0，降低温度平衡右移，转化率提高，选项A正确；B、相当于增大压强，平衡左移，转化率降低，选项B错误；C、增大NH3和O2的初始投料比，氨气的转化率反而降低，选项C错误；D、充入一定量的氦气，恒压条件下，容器体积增大，反应物的分压减小，平衡向气体体积增大的方向移动，转化率增大，选项D正确。答案选AD；（3）25℃时，测得等体积等浓度的HCN和NaCN的混合溶液pH=11,则HCN的电离小于NaCN的水解，c(Na+)、c(H+)、c(CN—)、c(OH—)、c(HCN)浓度由大到小顺序为c(HCN)>c(Na+)>c(CN—)>c(OH—)>c(H+)；电离常数越大，则说明该酸酸性越强。由表数据可知，酸性比较：H2CO3 >HCN>HCO3- ，所以根据强酸制弱酸原理，往NaCN溶液中通入少量CO2 发生的化学方程式为NaCN＋H2O＋CO2=HCN＋NaHCO3。