Question

C、N的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。回答下列问题：

(1)CO₂的重整：用CO₂和H₂为原料可得到CH₄燃料。

已知：①

②

写出CO₂重整的热化学方程式___________________________。

200℃时，向VL恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压)中，均充入1molCO₂和4molH₂，两容器中反应达平衡时放出或吸收的热量较多的是_________________(填“A”或“B”)。

(2)在恒容密闭容器中充入一定量的N₂O₄，发生可逆反应。则N₂O₄的平衡转化率随温度的变化曲线为右图中的______________(填“i”或“ⅱ”)曲线。若T₂K时容器的起始压强为102kPa，则该温度下反应的分压平衡常数K_p=_____________kPa。

(3)反应，在一定条件下，N₂O₄与NO₂的消耗速率与各自的分压有如下关系：v(N₂O₄)=k₁p(N₂O₄)，v(NO₂)=k₂p²(NO₂)，其中k₁、k₂是与温度有关的常数，相应的速率与N₂O₄或NO₂的分压关系如右图所示。在T℃时，图中M，N点能表示该反应达到平衡状态，理由是__________________________________。改变温度，v(NO₂)会由M点变为A，B或C，v(N₂O₄)会由N点变为D，E或F，当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为____________(填字母标号)。

(4)间接电化学法除NO，其原理如图所示。写出阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性)_____________________，吸收池中除去NO的原理_______________(用离子方程式表示)。

Answer

B i 204 M点的消耗速率是N点消耗速率的2倍，即[或] AD

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；该反应是气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体的压强会减小，为了保持恒压，容器的体积要减小；恒压(B)下的反应，相当于在恒容基础上将体积进行压缩，恒容条件的平衡会正向移动，据此分析热量的变化情况；

(2)由于该反应是吸热反应，随着温度的升高，平衡正向移动，N2O4的转化率增大，据此判断符合条件的曲线；根据压强之比和物质的量成正比的规律，可用压强代替物质的量列三段式进行计算，求出Kp；

(3)反应达到平衡后，正逆反应速率相等，且满足速率之比和系数成正比的规律；升高温度，化学反应速率会增加，变化后的点一定比M点、N点的速率要大，据此找到相应的变化的点；

(4)阴极得到电子发生还原反应，根据图可知是HSO3－在酸性条件下发生还原反应，生成S2O42－，据此写出其电极反应式；根据图示，吸收池中S2O42－和NO是反应物，N2和HSO3－是生成物，据此写出吸收池中除去NO反应的离子方程式。

(1)反应①－2×反应②可以得到目标反应，CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，则△H=△H1－2×△H2=(247－2×205)kJ·mol－1=－163kJ·mol－1，则CO2重整的热化学方程式CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)△H=－163kJ·mol－1；该反应是气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体的压强会减小，为了保持恒压，容器的体积要减小；恒压(B)下的反应，相当于在恒容基础上将体积进行压缩，恒容条件的平衡会正向移动，放出的热量会更多；

(2)由于该反应是吸热反应，随着温度的升高，平衡正向移动，N2O4的转化率增大，变化曲线为图中的ⅰ；若T2K时，容器的起始压强为102kPa。恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，因此可用压强代替物质的量进行计算。T2K时，N2O4的平衡转化率为0.5，根据三段式，有：

则平衡常数；

(3)N2O4的消耗速率表示的为正反应速率，NO2的消耗速率表示的为逆反应速率；在同一个化学中，用不同的物质表示化学反应速率，其速率之比等于计量数之比。在T℃时，图中M点NO2的消耗速率是N点N2O4消耗速率的2倍，即v正(NO2)=v逆(NO2)[或v正(N2O4)=v逆(N2O4)]说明反应达到平衡；升高温度，化学反应速率会增加，则M点会变成A点；达到平衡时，NO2的消耗速率是新的点N2O4消耗速率的2倍，根据图示A点表示的反应速率是D点的两倍，则对应的点分别为A、D；

(4)阴极得到电子发生还原反应，根据图可知是HSO3－在酸性条件下发生还原反应，生成S2O42－，其电极反应式为2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O；根据图示，吸收池中S2O42－和NO是反应物，N2和HSO3－是生成物，则吸收池中除去NO的原理是2NO＋2S2O42－＋2H2O=N2＋4HSO3－。