Question

（14分）碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请回答下列问题：

（1）用CH₄ 催化还原NO_x 可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH₄(g) + 4NO₂(g) =4NO(g)＋CO₂(g) + 2H₂O(g)  ΔH₁＝－574 kJ·molˉ¹

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

若2 mol CH₄ 还原NO₂ 至N₂，整个过程中放出的热量为1734 kJ，则ΔH₂＝        ；

（2）据报道，科学家在一定条件下利用Fe₂O₃与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应为：Fe₂O₃(s) + 3CH₄(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H₂(g)   ⊿H>0

①若反应在5L的密闭容器中进行，1min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量减少3.2g。则该段时间内CO的平均反应速率为________________。

②若该反应在恒温恒压容器中进行，能表明该反应达到平衡状态的是__________

A．CH₄的转化率等于CO的产率        

B．混合气体的平均相对分子质量不变

C．v（CO）与v（H₂）的比值不变       

D．固体的总质量不变

③该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图所示，当温度由T₁升高到T₂时，平衡常数K_A   K_B（填“>”、“<”或“=”）。纵坐标可以表示的物理量有哪些      。

A．H₂的逆反应速率                 

B．CH₄的的体积分数

C．混合气体的平均相对分子质量     

D．CO的体积分数

（3）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率。电化学合成氨过程的总反应式为：N₂＋3H₂2NH₃，该过程中还原反应的方程式为                 。

（4）若往20mL 0.0lmol·L^-l的弱酸HNO₂溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液，测得混合溶液的温度变化如图所示，下列有关说法正确的是

①该烧碱溶液的浓度为0.02mol·L^-1  

②该烧碱溶液的浓度为0.01mol·L^-1

③HNO₂的电离平衡常数：b点>a点

④从b点到c点，混合溶液中一直存在：c(Na⁺)>c(NO)>c(OH)> c(H⁺)

Answer

(1) ①-1160kJ/mol（2分）

(2) ①0.012mol•L-1•min-1（2分） ②B、D（2分）；③<（2分） B、C（2分）

(3) N2+6H+ +6e- = 2NH3（2分） (4) ② ③（2分）

【解析】

试题分析：（1）将两式相加可得：2CH4(g) + 4NO2(g) =2N2(g)＋2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH1＝－（574+x） kJ/mol=—1734 kJ/mol，解得x=—1160kJ/mol,所以ΔH2=—1160kJ/mol；（2）n(Fe2O3)=3.2g÷160g/mol=0.02mol，则n(CO)=3 n(Fe2O3)=0.06mol，则该段时间内CO的平均反应速率为V(CO)= 0.06mol÷5L÷1min=0.012mol•L-1•min-1；②由于该反应是反应前后气体体积相等，正反应是吸热反应，A．CH4的系数与CO的系数相等，所以在任何情况下CH4转化率等于CO的产率，因此不能判断反应达到平衡状态，错误；B．若反应未达到平衡状态，则气体的质量发生改变，气体的平均相对分子质量就会改变，因此若混合气体的平均相对分子质量不变，则反应处于平衡状态，正确；C．由于H2、CO都是生成物，在任何情况下，v(CO)与v(H2)的比值不变，因此不能作为判断平衡的标志，错误;D．若反应未达到平衡状态，就会有O元素进入气体或从气体中变为固体，使固体的总质量发生变化，因此若固体质量不变，则反应处于平衡状态，正确；③由于该反应的正反应是吸热反应，升高温度，根据平衡移动原理：平衡向吸热反应方向移动，对该反应来说就是 温度，平衡正向移动，所以化学平衡常数增大，所以KAa点，正确；④从b点到c点，在b点时是NaNO2溶液，当到c点时，是NaNO2和NaOH等浓度、等体积的混合溶液，NaNO2是强碱弱酸盐，NO2-水解消耗水电离产生的H+,最终当溶液达到平衡时，c(OH-)> c(H+)，根据物料守恒可得：c(Na+)>c(NO2-)，但是盐水解的程度是微弱的，盐电离产生的离子远大于水电离产生的离子浓度。所以混合溶液中一直存在：c(Na+)> c(NO2-)> c(OH-)> c(H+)，当在c点由于增加NaOH，二者是等物质的量混合，所以c(Na+))>c(OH-)> c(NO2-)> c(H+)，错误。故选项是B、C；

考点：考查 盖斯定律的应用、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、原电池反应中电极反应式的书写、酸碱混合溶液中物质浓度的计算及离子浓度大小比较的知识。