Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為

CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．
（2）降低汽車(chē)尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

．若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示．若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

不

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是

②

（填序號(hào)）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為

2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

．
（4）肼（N₂H₄）用亞硝酸氧化可生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977．寫(xiě)出肼與亞硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式

N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O

．
（5）如圖2所示裝置可用于制備N(xiāo)₂O₅，則N₂O₅在電解池的

陽(yáng)極

（填“陽(yáng)極”或“陰極”）區(qū)生成，其電極反應(yīng)式為

N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念列式計(jì)算，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
（3）催化劑的特點(diǎn)，恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，F(xiàn)e³⁺→Fe²⁺；可以降低SO₂的污染，同時(shí)制得硫酸；
（4）氮的氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則可以求出氮?dú)湓�子個(gè)數(shù)，得出該氫化物，獲得肼和亞硝酸反應(yīng)生成產(chǎn)物；
（5）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去電子，所以N₂O₅在陽(yáng)極區(qū)生成．

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
由蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）依據(jù)圖象分析，15分鐘時(shí)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)鉂舛葹?.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常數(shù)K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62?1．62

=0.035，若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不動(dòng)，20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛仍龃�，反�?yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

；不移動(dòng)；②；
（3）根據(jù)催化劑的特點(diǎn)，另一個(gè)反應(yīng)一定有Fe³⁺→Fe²⁺，反應(yīng)方程式為 2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；通過(guò)反應(yīng)，吸收了大氣污染物SO₂，同時(shí)制得了硫酸，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氮的氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，則氮?dú)湓�子個(gè)數(shù)比=

43×0.977 14

43×0.023 1

=3：1，所以該氫化物是NH₃，肼和亞硝酸反應(yīng)生成氨氣和水，所以其反應(yīng)方程式為N₂H₄+HNO₂=NH₃+2H₂O，故答案為：N₂H₄+HNO₂═NH₃+2H₂O；
（5）從電解原理來(lái)看，N₂O₄制備N(xiāo)₂O₅為氧化反應(yīng)，則N₂O₅應(yīng)在陽(yáng)極區(qū)生成，反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺，故答案為：陽(yáng)極；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題設(shè)計(jì)電化學(xué)、熱化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)平衡等綜合知識(shí)，是一道綜合考查題，難度不大．