Question

2．隨著氮氧化物污染的日趨嚴重，國家將于“十三五”期間加大對氮氧化物排放的控制力度．目前，消除氮氧化物污染的方法有多種．
（1）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為C（s）+2NO（g）?（g）+CO₂（g），某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

濃度/mol•L-1 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
l0	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.017	0.034
50	0.032	0.017	0.034

①30min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是降低N₂的濃度．
②若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）用CH₄催化還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=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（I）△H=-44.0kJ•mol^-1
寫出CH₄ （g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1．
（3）①取五等份NO₂，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生反應：
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．反應相同時間后，分別測定體系中NO₂的百分含量（NO₂%），并作出其隨反應溫度（T）變化的關系圖．下列示意圖中如圖1，可能與實驗結果相符的是BD．

②保持溫度、體積不變，向上述平衡體系中再通入一定量的NO₂，則達平衡時NO₂的轉化率增大（填“增大”、“減小”、“不變”或“無法確定”）．
③由NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨I電極上發(fā)生反應生成一種氧化物Y，其電極反應式NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①依據圖表數據計算分析判斷，K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依據平衡濃度之比和30min前達到的平衡濃度比較分析平衡移動方向，結合平衡移動原理判斷反應熱量變化；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算，①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依據蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到；
（3）①在恒容狀態(tài)下，在五個相同的容器中同時通入等量的NO₂，反應相同時間．達到平衡狀態(tài)之前，溫度越高，反應速率越大，導致NO₂的百分含量越��；達到平衡后，因為該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高；在D圖中轉折點為平衡狀態(tài)，轉折點左側為平衡狀態(tài)之前，右側為平衡狀態(tài)；
②保持溫度體積不變，向上述平衡體系中再通入一定量的NO₂，相當增大壓強；
③燃料原電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；先根據化合價判斷生成氧化物N₂O₅的電極，再根據離子的放電順序寫出電極反應式；

解答 解：（1）①30min時改變某一條件，反應重新達到平衡，平衡得到c（CO₂）=0.034mol/L；c（N₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.017×0.034}{（0.032）^{2}}$=0.56，化學平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小二氧化碳濃度；故答案為：減小N₂的濃度；
②若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，和圖表數據分析判斷，平衡逆向進行，由平衡移動原理可知，升溫平衡向吸熱反應方向進行，所以正反應為放熱反應；反應的△H＜0；
故答案：＜；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
依據蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（3）①A、因為該反應是放熱反應，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高，故A錯誤；
B、因為該反應是放熱反應，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高，故B正確；
C、若5個容器中有未達到平衡狀態(tài)的，那么溫度越高，反應速率越大，會出現溫度高的NO₂轉化得快，導致NO₂的百分含量少的情況，不可能出現NO₂的百分含量不變的情況，故C錯誤；
D、在D圖中轉折點為平衡狀態(tài)，轉折點左則為未平衡狀態(tài)，右則為平衡狀態(tài)，反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，故D正確；
故選BD，
故答案為：BD；
②保持溫度體積不變，向上述平衡體系中再通入一定量的NO₂，相當增大壓強，平衡正向移動，故答案為：增大；
③以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，二氧化氮在負極失電子發(fā)生氧化反應，元素化合價升高為+5價，氧化物為N₂O₅，反應的電極反應為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數計算判斷，原電池原理的應用和電極反應書寫，題目難度中等．