Question

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·mol^－1

CH₄(g) + 4NO(g) = 2 N₂(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。其反应如下： Fe₂O₃(s) + 3CH₄(g) 2Fe(s) + 3CO(g) +6H₂(g)   ΔH>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_____(选填序号)

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

（3）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

③ HNO₂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(NO₂^-)>c(OH)> c(H⁺)

Answer

（1）-1160kJ/mol；（2）①0.012mol/(L·min)，②b、d，③<，b、c；（3）②③

【解析】

试题分析：（1）将两个热化学方程式叠加，可得总反应方程式：2CH4(g) + 4NO2(g) = 2N2(g)＋2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH＝ΔH1+ΔH2=－1734 kJ/mol，－574 kJ/mol+ΔH2=－1734 kJ/mol，解得ΔH2=－-1160kJ/mol。（2）①Δn(Fe2O3)= 3.2g÷160g/mol=0.02mol，则根据反应方程式中物质反应的关系可知Δn(CO)= 3Δn(Fe2O3)=0.06mol，用CO表示的化学反应速率是V(CO)= 0.06mol÷5L÷1min=0.012mol/(L·min)。②a.根据碳元素守恒可知：在任何时刻都存在CH4的转化率等于CO的产率，因此不能据此判断反映是否处于平衡状态，错误；b．由于Fe、Fe2O3都是固体物质，若反应未达到平衡状态，则气体的质量就会发生改变，混合气体的平均相对分子质量也会发生改变，因此可以利用混合气体平均相对分子质量不变来判断反应处于平衡状态，正确；c．由于H2、CO都是生成物，任何时刻二者的速率比都等于方程式的计量数的比。故不能根据v（CO）与v（H2）的比值不变判断反应处于平衡状态，错误；d．若反应未达到平衡状态，则固体的质量就会发生改变，因此可以根据固体的总质量不变来判断反应处于平衡状态，正确。故选项是bd。③由于该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应。升高温度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。由于温度：B>A，所以化学平衡常数KAa点，所以HNO2的电离平衡常数：b点>a点，③正确；④在b点时酸碱恰好中和，溶液为NaNO2溶液，该盐是强碱弱酸盐，由于NO2-水解，消耗水电离产生的H+，使溶液中c(OH-)>c(H+)，但是盐水解程度是微弱的，因此此时溶液中离子浓度关系是：c(Na+)>c(NO2-)>c(OH)> c(H+)，当向溶液中不断加入NaOH溶液至40mL时，溶液为NaOH和NaNO2按照1:1的混合溶液，在溶液中既有NaOH电离产生OH-，也存在NO2-水解产生的OH-，此时溶液中离子浓度关系是：c(Na+)>c(OH)>c(NO2-)> c(H+)，因此④是错误的。

考点：考查热化学方程式的应用、化学平衡状态的判断、酸、碱混合溶液中离子浓度大小比较、化学反应速率及电解质浓度的计算的知识。