Question

4．大氣污染越來越成為人們關(guān)注的問題，工業(yè)生產(chǎn)尾氣中的氮氧化物必須脫除（即脫
硝）后才能排放． 
（1）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1 ②
CH₄可用于硝，其熱化學方程式為CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H₃ ③
已知反應①中的相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學鍵	O=O	C=O	H=O	C=H
E/（kJ  mol-1）	496	799	460	？

由此計算△H3=-1150kJ．mol-1，C-H化學鍵鍵能E=414kJ．mol-1．
（2）反應2CO （g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）也可用于脫硝，圖1為該反應過程中
NO的平衡轉(zhuǎn)化率a（NO）與溫度、壓強的關(guān)系[其中初始c（CO）和c（NO）均為1mol．L^-1]，計算該反應在200cC時的平衡常數(shù)K=4.22（mol/L）^-1，圖中壓強（P₁、P₂、P₃）的大小順序為P₃＞P₂＞P₁．

圖1	圖2	圖3

（3）有人利用電化學方法將CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)．裝置如圖2所示
①電極a是陽極；
②電極b的電極反應式是2NO+4e^-═N₂+2O^2-．
（4）新型臭氧氧化技術(shù)利用具有極強氧化性的0，對尾氣中的NO脫除，反應為NO（g）+O₃（g）=NO₂（g）+O₂（g），在一定條件下，將NO和0，通人密閉容器中并不斷加熱發(fā)生反應（溫度不超過各物質(zhì)的分解溫度），NO₂的體積分數(shù)妒（NO₂）隨時間變化如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)t₁s后NO．的體積分數(shù)下降，其可能的原因是該反應是放熱反應研究小組通過增大$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$比值提高NO的平衡轉(zhuǎn)化率，卻發(fā)現(xiàn)當$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1時，NO₂的物質(zhì)的量減小，可能原因是O₃將NO₂氧化為更高價氮氧化物（或生成了N₂O₅）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律求解，焓變等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（NO）}$計算，在溫度相同時，該反應為正向氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，NO的平衡轉(zhuǎn)化率增大；
（3）CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，發(fā)生的反應為2CO+2NO=N₂+2CO₂，在電解池的陽極上發(fā)生失電子的氧化反應，在陰極上發(fā)生得電子的還原反應，根據(jù)電解池的工作原理進行回答；
（4）該反應為放熱反應，升高溫度逆向移動，轉(zhuǎn)化率下降；當$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1時，NO₂的物質(zhì)的量減小，可能原因是O₃將NO₂氧化為更高價氮氧化物．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律求解，CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-890.3kJ•mol^-1 ①；
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180kJ•mol^-1 ②；
CH₄（g）+4NO（g）═CO₂（g）+2N₂（g）+2H₂O（l），△H₃ ③；
則③=①-②×2，△H₃ =△H₁ -2△H₂=-890.3-2×（+180）=-1150kJ；
焓變等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，根據(jù)反應①，4（C-H）+2（O=O）-2（C=O）-4（O-H）=-890.3，C-H化學鍵鍵能E=-890.3-2×496+2×799+4×460=414kJ/mol；
故答案為：-1150；414；
（2）根據(jù)反應2CO （g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為60%，
        起始 1         1        0        0
        變化 0.6       0.6      0.3      0.6
        平衡 0.4       0.4      0.3      0.6
K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0．{4}^{2}}$=4.22 （mol/L）^-1；
在溫度相同時，該反應為正向氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，NO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故P₃＞P₂＞P₁；
故答案為：4.22 （mol/L）^-1；P₃＞P₂＞P₁；
（3）①CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，發(fā)生的反應為2CO+2NO=N₂+2CO₂，其中C的化合價升高，失電子，所以通入CO的電極a是陽極，②CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，發(fā)生的反應為2CO+2NO=N₂+2CO₂，在陰極上發(fā)生得電子的還原反應即2NO+4e^-=N₂+2O^2-，
故答案為：陽；2NO+4e^-=N₂+2O^2-；
（4）該反應為放熱反應，升高溫度逆向移動，轉(zhuǎn)化率下降；當$\frac{n（{O}_{3}）}{n（NO）}$＞1時，NO₂的物質(zhì)的量減小，可能原因是O₃將NO₂氧化為更高價氮氧化物，
故答案為：該反應是放熱反應；O₃將NO₂氧化為更高價氮氧化物（或生成了N₂O₅）．

點評 本題考查學生電解池的工作原理以及電極反應式的書寫知識，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵，難度中等．