Question

17．汽車尾氣中的NO_x是大氣污染物之一，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．
（1）已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ 4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ 2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2NO₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
△H₃=-867kJ•mol^-1．
（2）反應(yīng)③在熱力學(xué)上趨勢很大，其原因是此反應(yīng)放出的熱量十分大．在固定容器中按一定比例混合CH₄與NO₂后，提高NO₂轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件是低溫、低壓
（3）在130℃和180℃時，分別將0.50mol CH₄和a mol NO₂充入1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)③，測得有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

實驗編號	溫度		0分鐘	10分鐘	20分鐘	40分鐘	50分鐘
1	130℃	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

①開展實驗1和實驗2的目的是研究溫度對該化學(xué)平衡的影響．
②130℃時，反應(yīng)到20分鐘時，NO₂的反應(yīng)速率是0.0125mol/（L•min）．
③180℃時達(dá)到平衡狀態(tài)時，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為70%．
④已知130℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為6.4，試計算a=1.2．
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理如圖．該電池在使用過程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，該電極反應(yīng)為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）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，（①+②）×$\frac{1}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g））△H=-867kJ•mol^-1，據(jù)此進行分析；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式方向可知，該反應(yīng)放熱量大，即反應(yīng)物和生成物的能量差大，因此熱力學(xué)趨勢大；有利于提高NO₂轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件是需要改變條件使平衡正向進行；
（3）①根據(jù)實驗1、2的不同點確定實驗?zāi)康模?br />②據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
③甲烷的轉(zhuǎn)化率=$\frac{（0.5-0.15）mol}{0.5mol}$=70%；
④根據(jù)平衡常數(shù)計算a；
（4）該原電池中通入二氧化氮的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，所以I是負(fù)極、II是正極，負(fù)極上生成氧化物，應(yīng)該是二氧化氮失電子和硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮．

解答 解：（1）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，（①+②）×$\frac{1}{2}$得CH₄（g）+2NO₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g））△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：-867kJ•mol^-1；
（2）反應(yīng)③在熱力學(xué)上趨勢很大，該反應(yīng)放出熱熱量大，即反應(yīng)物和生成物的能量差大，因此熱力學(xué)趨勢大；該反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，所以降低溫度、降低壓強有利于提高NO₂轉(zhuǎn)化率；
故答案為：此反應(yīng)放出的熱量十分大；低溫、低壓；
（3）①實驗中只有溫度不同，所以實驗?zāi)康氖牵貉芯繙囟葘υ摶瘜W(xué)平衡的影響，
故答案為：研究溫度對該化學(xué)平衡的影響；
②v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol-0.25mol}{1L}}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
故答案為：0.0125mol/（L•min）； 
③甲烷的轉(zhuǎn)化率=$\frac{（0.5-0.15）mol}{0.5mol}$=70%，
故答案為：70%；
④設(shè)二氧化氮的物質(zhì)的量為a，
                CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
C₀（mol/L）：0.5           a            0            0             0
△C（mol/L）：0.40     0.80         0.40        0.40         0.80
C_平（mol/L）：0.10       a-0.80      0.40        0.40        0.80         
則：$\frac{0.40×0.40×（0.80）^{2}}{0.10×（a-0.80）}$，a=1.2，
故答案為：1.2；  
（4）該原電池中通入二氧化氮的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，所以I是負(fù)極、II是正極，負(fù)極上生成氧化物，應(yīng)該是二氧化氮失電子和硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮，電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

點評 【點評】本題考查反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡的判斷、反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率的計算、電極方程式的書寫，本題難度不大．