Question

（16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）  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____________

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）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50ml2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：

①甲烷燃料电池的负极反应式是：__________________________。

②当A中消耗0．05mol氧气时，B中________________极（填“a”或“b”）增重________________g。

（4）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                     。

Answer

（共19分）除注明外每空2分）

（1）①-1160kJ/mol

（2）①0．012mol•L-1•min-1 ） ②b、d ③< b、c

（3）①CH4-8e-+10OH-=CO32- +7H2O ② b 6．4（3分）

（4）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）①n（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KA