Question

(15分)I、用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：

①CH₄(g)+4NO₂（g）=4NO（g）+ CO₂（g）+2H₂O（g）     △H= 574 kJ·mol^l

②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+ CO₂（g）+ 2H₂O（g）      △H= 1160 kJ·mol^l

③H₂O（l）=H₂O（g）    △H=+44kJ·mol^l

写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程式___。

II、开发新能源和三废处理都是可持续发展的重要方面。CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。在密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

（1）M、N两点平衡状态下，容器中物质的总物质的量之比为：n(M)_总：n(N)_总=      。

（2）若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为        ；P₁      P₂ (填“>” 或“<” 或“=”)

III、用MnO₂制KMnO₄的工艺流程如下图：电解池中两极材料均为碳棒，在中性或酸性溶液中K₂MnO₄发生歧化反应而变成MnO₂和KMnO₄。

（1）写出240℃熔融时发生反应的化学方程式                                         ；投料时必须满足n（KOH）：n（MnO₂）               。

（2）阳极的电极反应式为                    。

（3）B物质是           （填化学式），可以循环使用的物质是            （填化学式）。

Answer

I、CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1

II、（1）5:4 (2) KM=KN＞KQ ＜

III、（1）MnO2＋O2＋4KOHK2MnO4＋2H2O； （2）MnO42－－e－＝MnO4－ （3）H2；KOH

【解析】

试题分析：I、①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-l、②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2 O（g）△H=-1160kJ•mol-l、③H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-l，依据盖斯定律计算[①+②－③×4]×得到CH4（g）与NO2（g）反应生成N2（g）、CO2（g）和H2O（l）的热化学方程式：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1；故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1；

II、(1)M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH3OH）=5mol；N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H2）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH3OH）=7mol，所以容器中总物质的物质的量之比为：n（M）总：n（N）总=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=5：4，故答案为：5:4；

（2）化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN＞KQ；在温度相同时，增大压强平衡向正反应方向进行，反应物的转化率增大，所以P1＜P2，故答案为：KM=KN＞KQ；＜；

III、（1）在240℃下二氧化锰、氧气和氢氧化钾反应生成锰酸钾和水，方程式为2MnO2＋O2＋4KOHK2MnO4＋2H2O；由于在中性或酸性溶液中K2MnO4发生歧化反应而变成MnO2和KMnO4，因此在反应中氢氧化钾必须过量，则投料时必须满足n（KOH）：n（MnO2）＞2:1；

（2）电解池中阳极失去电子，因此锰酸根在阳极放电转化为高锰酸根，电极反应式为MnO42－－e－＝MnO4－；

（3）阴极是溶液中的氢离子放电生成氢气，因此B是氢气。氢离子放电，产生大量的氢氧根离子，所以阴极有氢氧化钾生成，因此可以循环使用的物质是KOH。

考点：考查盖斯定律的应用、外界条件对平衡状态的影响、平衡常数应用以及电化学原理的应用