Question

碳、氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要的作用。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：

①CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g) ΔH₁＝－574 kJ·molˉ¹

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

同一条件下，若2molCH₄ 还原NO₂ 至N₂，生成气态水和二氧化碳。整个过程中放出的热量为1734kJ，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_____（填序号）。

A．CH₄的转化率等于CO的产率

B．混合气体的密度保持不变

C．速率：2v（CO）=v（H₂）

D．固体的总质量保持不变

③该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图所示，当压强由P₁升高到P₂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______。(填序号)

A．H₂的逆反应速率

B．CH₄的的转化率

C．混合气体的平均相对分子质量

D．CO的体积分数

（3）甲酸是易溶于水的一元弱酸。

①常温下，将1L 0.1mol/L  HCOOH溶液与1L0.1mol/LNaOH溶液混合后，下列关系不正确的是____（填序号）。

a.c(H⁺)_水·c(OH^-)_水=1×10^-14          b.2c(H⁺)+c(HCOOH)=2c(OH^-)+c(HCOO^-)

c.c(Na⁺)=c(HCOOH)+c(HCOO^-)           d.c(HCOO^-)>c(Na⁺)>c(H⁺)>c(OH^-)

②向1L 0.1mol/L HCOONa溶液中加水稀释后，c(HCOOH)/c(HCOO^-)的数值______（填“增大”“减小”或“不变”）。

Answer

-1160kJ·mol-1 0.012 mol/（L·min） bd = ac ac 增大

【解析】（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，混合气体的密度也会发生改变，因此可以利用混合气体密度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。答案选bd。③平衡常数只与温度有关系，当压强由P1升高到P2时，平衡常数KA＝KB。a.增大压强，化学反应速率加快，因此可能表示H2的逆反应速率，a正确；b.正反应体积增大，增大压强平衡向逆反应方向进行，甲烷的降低，b错误；c. 正反应体积增大，增大压强平衡向逆反应方向进行，所以混合气体的平均相对分子质量增大，c正确；d. 正反应体积增大，增大压强平衡向逆反应方向进行，CO的体积分数减小，d错误，答案选ac；（3）①常温下，将1L 0.1mol/L HCOOH溶液与1L0.1mol/LNaOH溶液混合后得到甲酸钠溶液，则a.温度不变，水的离子积常数不变，即c(H+)水·c(OH-)水=1×10-14，a正确；b.根据质子守恒c(H+)+c(HCOOH)=c(OH-)，b错误；c.根据物料守恒可知c(Na+)=c(HCOOH)+c(HCOO-)，c正确；d.甲酸钠水解，溶液显碱性，则c(Na+)>c(HCOO-)> c(OH-)>c(H+)，d错误，答案选ac；②向1L 0.1mol/L HCOONa溶液中加水稀释后常见水解，c(HCOOH)/c(HCOO-)的数值增大。