Question

16．目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（1）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）+2H₂ O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄ （g）+4NO（g）=2N₂ （g）+CO₂ （g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△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
（2）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關反應為：C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g）某研究小組向恒容密閉容器加入一定的活性炭和NO，恒溫條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下

	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①不能作為判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是BC
A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變 B．v_正（N₂）=2v_正（NO）
C．容器內(nèi)壓強保持不變 D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的平均相對分子質量保持不變
②在該溫度下時．該反應的平衡常數(shù)為0.56（保留兩位小數(shù)）；
③在30min，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件是減小二氧化碳濃度．
（3）合成塔失去活性的鉻鋅觸媒可用于制備鋅錳電池．在堿性條件下，該電池的總反應為：
Zn（s）+2MnO₂ （s）+H₂O（l）=Zn（OH）₂ （s）+Mn₂O₃（s），該電池正極的電極反應式是2MnO₂+2e^-+H₂O=2OH^-+Mn₂O₃．PbO₂ 可以通過石墨為電極，Pb（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂的混合溶液為電解液電解制�。�陽極發(fā)生反應的電極反應式為Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺，陰極上觀察到的現(xiàn)象是；石墨上紅色物質析出若電解液中不加入Cu（NO₃）₂這樣做的主要缺點是Pb將在陰極析出，Pb²⁺不能得到有效應用．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，標注物質聚集狀態(tài)和對應反應焓變；
（2）①依據(jù)化學平衡狀態(tài)的實質是正逆反應速率相等，結合反應特征分析判斷；
②20min-30min反應達到平衡，圖表中平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)的概念計算得到；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)變化分析，30min末一氧化氮和二氧化碳濃度減小，氮氣濃度增大，結合計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；改變的條件可能是減小二氧化碳濃度；
（3）正極發(fā)生還原反應，得電子化合價降低，二氧化錳中的錳元素由+4價變成+3價，故正極是二氧化錳發(fā)生還原反應，電極反應式為：2MnO₂+2e^-+H₂O=2OH^-+Mn₂O₃，陽極上Pb²⁺失去電子，得到PbO₂，需要水參與反應，同時生成氫離子，陰極上，Cu²⁺獲得電子生成Cu，附著在石墨電極上；
若電解液中不加入Cu（NO₃）₂，陰極上Pb²⁺獲得電子生成Pb，Pb²⁺生成PbO₂的利用率降低．

解答 解：（1）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（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-l
依據(jù)蓋斯定律計算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到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=-955 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．反應是氣體體積不變的反應；
A．容器內(nèi)CO₂的濃度保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應速率之比等于化學方程式系數(shù)之比，當v_正（NO）=2v_逆（N₂），反應達到平衡，v_正（NO）=2v_正（N₂），只能說明反應正向進行，故B錯誤；
C．反應是氣體體積不變的反應，反應過程中和反應平衡狀態(tài)壓強相同，所以容器內(nèi)壓強保持不變不能說明反應達到平衡，故C錯誤；
D．混合氣體密度等于質量除以體積，反應中碳是固體，平衡移動氣體質量變化，體積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡，故D正確；
E．混合氣體的平均相對分子質量等于氣體總質量除以總物質的量，反應中碳是固體，平衡移動，氣體質量發(fā)生變化，氣體物質的量不變，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故E正確；
故選BC；
②20-30min反應達到平衡狀態(tài)，C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g），各物質的平衡濃度為：c（CO₂）=c（N₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=0.56，故答案為：0.56；
③30min時改變某一條件，反應重新達到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)計算得到c（N₂）=0.34mol/L；c（CO₂）=0.17mol/L；c（NO）=0.32mol/L；K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.34×0.17}{0.3{2}^{2}}$=0.56，化學平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)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，所以減小二氧化碳濃度，平衡正向進行的結果，故答案為：減小二氧化碳濃度；
（3）正極發(fā)生還原反應，得電子化合價降低，二氧化錳中的錳元素由+4價變成+3價，故正極是二氧化錳發(fā)生還原反應，電極反應式為：2MnO₂+2e^-+H₂O=2OH^-+Mn₂O₃，陽極上Pb²⁺失去電子，得到PbO₂，需要水參與反應，同時生成氫離子，電極反應式為：Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺，陰極上，Cu²⁺獲得電子生成Cu，附著在石墨電極上，即石墨上紅色物質析出；
若電解液中不加入Cu（NO₃）₂，陰極上Pb²⁺獲得電子生成Pb，陰極電極反應式為：Pb²⁺+2e^-=Pb，Pb²⁺的利用率降低；
故答案為：2MnO₂+2e^-+H₂O=2OH^-+Mn₂O₃；Pb²⁺+2H₂O-2e^-=PbO₂+4H⁺；石墨上紅色物質析出；Pb將在陰極析出，Pb²⁺不能得到有效應用．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫和蓋斯定律計算應用，化學反應速率、化學平衡常數(shù)及其化學平衡影響因素和平衡標志的分析判斷，題目難度中等．