Question

消除氮氧化物污染有多种方法。

（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)ΔH＝－574kJ·mol^－1

②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)ΔH＝－1160kJ·mol^－1

③H₂O(g)＝H₂O(l)ΔH＝－44.0kJ·mol^－1

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

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g)某研究小组向恒容密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下

浓度/mol·L^-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据是___    ____

A．容器内CO₂的浓度保持不变     B．v_正（N₂）=2 v_正（NO）   C．容器内压强保持不变

D．混合气体的密度保持不变      E．混合气体的平均相对分子质量保持不变

②计算该温度下该反应的平衡常数为                  (保留两位小数)；

③在30 min,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件是____   _   _        ___。

（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0.15mol氧气时，B中      （用a或b 表示）极增重        g.

Answer

（1）CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O（1）,ΔH＝－955kJ·mol－1。

（2）①BC②0．56③减小CO2浓度

（3）①CH4-8e─+2H2O=CO2+8H+②b；6.4．

【解析】

试题分析：（1） 根据盖斯定律分析，[反应①+反应②-反应③×4]/2即可得热化学方程式为：CH4(g)＋2NO2(g)＝N2(g)＋CO2(g)＋2H2O（1） ,ΔH＝－955 kJ·mol－1。（2） ①A．容器内CO2的浓度保持不变 ，可以说明反应到平衡，正确。 B．根据反应速率比等于化学计量数比分析，当v正（N2）=2 v逆（NO）时可以说明反应到平衡，但v正（N2）=2 v正（NO）不能说明，错误。 C．因为反应是气候气体体积不变的反应，过程中压强始终不变，所以但容器内压强保持不变不能说明反应到平衡，错误。D．反应中碳是固体，平衡移动气体质量有变化，体积不变，所以混合气体的密度保持不变，可以说明反应到平衡。E．因为混合气体的质量随着反应进行有变化，气体总物质的量不变，所以相对分子质量若保持不变，可以说明反应到平衡。所以选B C。 （2分）②20分钟到平衡，根据平衡常数计算，K=(0.30×0.30)/0.042=0．56。③从浓度分析，一氧化氮的浓度减小，氮气的浓度增加，二氧化碳的浓度减小，说明平衡正向移动，而改变的条件为减小CO2浓度。（3） ①甲烷燃料电池中甲烷在负极反应，从图分析，溶液为酸性的，所以负极反应为甲烷失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应为CH4-8e─+2H2O=CO2+8H+ 。 ②通入氧气的一极为正极，所以a为阳极，b为阴极，当消耗0.15摩尔氧气时，转移0.6摩尔电子，则铜离子在阴极即 b极析出，有铜析出，溶液中的铜离子的物质的量为2×0.05=0.1摩尔，所以析出0.1摩尔铜，质量为0.1×64=6.4g。

考点：盖斯定律，化学平衡状态的判断，化学平衡的影响因素

【名师点睛】化学平衡的标志有直接标志和间接标志两大类。

一、直接标志：正反应速率=逆反应速率

注意反应速率的方向必须有正向和逆向。同时要注意物质之间的比例关系，必须符合方程式中的化学计量数的比值。

二、间接标志

1、各物质的浓度不变。

2.、各物质的百分含量不变。

3、对于气体体积前后改变的反应，压强不变是平衡的标志。

4、对于气体体积前后不改变的反应，压强不能做标志。

5、对于恒温恒压条件下的反应，气体体积前后改变的反应密度不变是平衡标志。

6、对于恒温恒容下的反应，有非气体物质的反应，密度不变是平衡标志。