Question

建设“美丽中国”首先要做好环境保护与治理。氮氧化物(NOx)是严重的大气污染物，其主要来源有汽车尾气和硝酸工厂等。氮氧化物(NOX)能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。某科研机构设计了如下转化氮氧化物的几种方案。请回答下列问题：

(1)方案Ⅰ：利用甲烷在催化剂条件下还原NOx，相关反应如下：

①N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)    ∆H₁=+180.5kJ/mol

②CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(l)    ∆H₂=-574kJ/mol

③CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+ CO₂(g)+2H₂O(l)    ∆H₃=-1160kJ/mol

则表示甲烷燃烧热的热化学反应方程式是 ___ 。

(2)方案Ⅱ：利用CO在催化剂条件下还原NO_x：2NO_x(g)+2CO(g)⇌N₂(g)+2CO₂(g)  ∆H。向容积均为2L的甲(温度为T₁)、乙(温度为T₂)两个恒容密闭容器中分别充入2 mol NO₂(g)和3 mol CO(g)。反应过程中两容器内CO₂的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示：

①甲容器中，平衡时NO₂的转化率为____；

②T₁___T₂(填“>”或“<”)；△H___0(填“>”或“<”)，判定的依据是____；

③T₂温度时，该反应的平衡常数K=____；

④乙容器达到平衡后，再充入3 mol NO₂和2 molCO₂，此时v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)。

(3)方案3：可以利用原电池原理处理氮氧化合物，原理如图。则其正极的电极反应式为____。

Answer

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=−799kJ/mol > < 温度升高，c(CO2)低，平衡逆向移动，正反应为放热反应 16 = 2NO+4e-+4H+=N2+2H2O

【解析】

（1）甲烷完全燃烧的化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，

根据①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ⋅mol−1；

②CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+4CO2(g)+2H2O(1) △H=−574kJ⋅mol−1；

③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(1) △H=−1160kJ⋅mol−1；

根据盖斯定律①×2+③可得，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)的焓变△H=+180.5kJ⋅mol−1×2+(−1160kJ⋅mol−1)=−799kJ/mol，热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=−799kJ/mol，

故答案为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=−799kJ/mol；

（2）①根据三段式：

则平衡时NO2的转化率为，故答案为：。

②根据分析可知，T1时先达到平衡，速率快，T1>T2，温度升高，c(CO2)低，平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，故答案为：>；<；温度升高，c(CO2)低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。

③根据三段式：

该反应的平衡常数，故答案为：16。

④乙容器达到平衡后，再充入1.5mol/LNO2和1mol/LCO2，则，则反应仍是平衡状态，v(正)=v(逆)，故答案为：=。

（3）根据可知，电极A上发生氧化反应，为负极，电极B上发生还原反应，为正极，电解质溶液为酸性溶液，则正极的电极反应式为：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O，故答案为：2NO+4e-+4H+=N2+2H2O。