Question

NH₃、NO₂、SO₂处理不当易造成环境污染，如果对这些气体加以利用就可以变废为宝，既减少了对环境的污染，又解决了部分能源危机问题。

(1)硝酸厂常用催化还原方法处理尾气。CH₄在催化条件下可以NO₂将还原为N₂。已知：

CH₄ (g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   △H₁=-890.3kJ•mol^-1   ①

N₂ (g) +2O₂(g)=2 NO₂ (g)    △H₂=+67.7kJ•mol^-1  ②

则反应CH₄ (g)+2NO₂(g)=CO₂(g)+ N₂ (g)+ 2H₂O(l)  △H= _____________ 。

(2)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：CH₄ (g)+ NH₃ (g) HCN(g)+ 3H₂ (g)   △H>0

①在一定温度条件下，向2L恒容密闭容器中加入2mol CH₄和2mol NH₃，平衡时NH₃ 体积分数为30%，所用时间为10min，则该时间段内用CH₄的浓度变化表示的反应速率为__________________mol•L^-1•min^-1 ，该温度下平衡常数K=_________。若保持温度不变，再向容器中加入CH₄ 和H₂各1mol，则此时v_正= ________ (填“>”“=”或“<”)v_逆。

②其他条件一定，达到平衡时NH₃ 转化率随外界条件X 变化的关系如图1所示，X 代表 __________(填字母代号)

A.温度      B.  压强     C. 原料中CH₄与NH₃的体积比

(3)某研究小组用NaOH 溶液吸收尾气中的二氧化碳，将得到的Na₂SO₃进行电解生产硫酸，其中阴、阳膜组合电解装置如图2所示，电极材料为石墨，A~E分别代表生产中的原料或产品，b表示_____(填“阴”或“阳”)离子交换膜，阳极的电极反应式为________。

Answer

—958.0kJ•mo1—1 0.025 或0.1875(mo1/L)2 < B 阴 SO32——2e— +H2O= 2H+ +SO42—

【解析】

(1) 根据盖斯定律分析计算；

(2)①根据三段式结合平衡时NH3体积分数为30%计算出反应的氨气的物质的量，再结合v(CH4) ==和K=计算，保持温度不变，再向容器中加入CH4和H2各1 mol，根据Qc与K的关系判断平衡移动的方向；②根据图示，X越大，转化率越小，平衡逆向移动，结合影响平衡移动的因素分析判断；

(3)由得到的Na2SO3进行电解生产硫酸，硫酸根来源于亚硫酸根的放电，该过程发生氧化反应，在阳极发生，据此分析解答。

(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJ•mol-1①，N2(g)+2O2(g)═2NO2(g) △H=+67.7kJ•mol-1②，根据盖斯定律，将①-②可得热化学方程式：CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)+2H2O(g) △H=(-890.3kJ•mol-1)-(+67.7kJ•mol-1)=-958.0kJ•mol-1，故答案为：-958.0kJ•mol-1；

(2)①设10 min时，反应的氨气的物质的量为x(mol)，

则×100%=30%，解得：x=0.5，v(CH4)====0.025mol/(L•min)；该温度下，平衡常数K===0.1875(mol/L)2；保持温度不变，再向容器中加入CH4和H2各1 mol，此时Qc=═0.5208(mol/L)2＞K，平衡逆向移动，则v正＜v逆，故答案为：0.025；0.1875(mol/L)2；＜；

②根据图示，X越大，NH3转化率越小，平衡逆向移动。A、该反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，NH3转化率增大，故A错误；B、该反应为气体物质的量增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，NH3转化率减小，故B正确；C、原料中CH4的体积越大，平衡正向进行程度越高，氨气的转化率越高，故C错误；故答案为：B；

(3)Na2SO3进行电解生产硫酸，硫酸根来源于亚硫酸根的放电，该过程为氧化反应，在阳极上发生，故b为阴离子交换膜，阳极的电极反应式为SO32--2e-+H2O=2H++SO42-，故答案为：阴；SO32--2e-+H2O=2H++SO42-。