Question

汽车尾气中的NO_x是大气污染物之一，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。

（1）已知：

①CH₄(g)＋4NO₂(g)4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H₁=-574kJ·mol^-1

②CH₄(g)＋4NO(g)2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H₂=-1160kJ·mol^-1

③CH₄(g)＋2NO₂(g)N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H₃＝                  。

（2）反应③在热力学上趋势很大，其原因是                      。在固定容器中按一定比例混合CH₄与NO₂后，提高NO₂转化率的反应条件是                         。

（3）在130℃和180℃时，分别将0.50mol CH₄和a mol NO₂充入1L的密闭容器中发生反应③，测得有关数据如下表：

实验编号	温度		0分钟	10分钟	20分钟	40分钟	50分钟
1	130℃	n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n(CH4)/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

① 开展实验1和实验2的目的是                    。

② 130℃时，反应到20分钟时，NO₂的反应速率是                。

③ 180℃时达到平衡状态时，CH₄的平衡转化率为              。

④ 已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4，试计算a=           。

（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理见图。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，该电极反应为                    。

Answer

（1）-867kJ·mol-1

（2）此反应放出的热量十分大；降低温度、降低压强

（3）①研究温度对该化学平衡的影响

②0.025mol/(L·min)③70%④1.2

（4）NO2+NO3--e-═N2O5

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，②＋①得，CH4(g) ＋ 2NO2(g)N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H3＝-867 kJ·mol-1；（2）此反应放出的热量十分大，所以反应③趋势很大；在固定容器中按一定比例混合CH4与NO2后，反应放热，降低温度平衡正向移动NO2转化率增大；减小压强，平衡正向移动，NO2转化率增大；（3）①实验1和实验2只有温度不同，开展实验1和实验2的目的是研究温度对该化学平衡的影响；② 130℃时，反应到20分钟时，NO2的反应速率是0.025mol/(L·min)；③ 180℃时达到平衡状态时，CH4的物质的量为0.15mol，平衡转化率为70%

a= 1.2mol

（4）根据装置图，石墨I电极是负极，失电子发生氧化反应，氮元素化合价升高为+5,石墨I电极上生成氧化物Y,Y是N2O5，电极反应是NO2 + NO3- -e- ═ N2O5。

考点：本题考查化学反应中的能量变化、化学反应速率与限度、电化学。