Question

5．氮氧化物是大氣污染物之一，消除氮氧化物的方法有多種．
（1）利用甲烷催化還原氮氧化物．已知：
    ①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
    ②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
  則CH₄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．
（2）利用NH₃催化還原氮氧化物的技術(shù)叫SCR技術(shù)，該技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0．為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是增大NH₃的濃度或減小反應(yīng)體系的壓強(qiáng)或降低反應(yīng)體系的溫度等（寫出一條即可）．
（3）利用ClO₂氧化氮氧化物，其轉(zhuǎn)化流程如下：NO$→_{反應(yīng)Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反應(yīng)Ⅱ}^{Na2SO3}$N₂．已知反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式為2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式是2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；若生成11.2LN₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗ClO₂67.5g．
（4）用活性碳還原法處理氮氧化物，有關(guān)反應(yīng)為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H，某研究小組向某密閉容器內(nèi)加入一定量的活性碳和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度下：

濃度/mol．L-1	NO	N2	CO2
時(shí)間/min
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.30	0.030
30	0.040	0.30	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T3℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.56（保留兩位小數(shù)）．
②30min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是減少CO₂濃度．
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）首先書寫化學(xué)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造熱化學(xué)方程式并計(jì)算焓變；
（2）化學(xué)平衡移動(dòng)的因素：溫度、濃度、壓強(qiáng)等，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律知識(shí)書寫反應(yīng)方程式，通過化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算；
（4）①當(dāng)20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計(jì)算；
②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮?dú)獾臐舛仍龃�，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)；
③根據(jù)濃度比值的變化來確定移動(dòng)方向；

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
CH₄將NO₂還原為N₂的反應(yīng)可以看成是$\frac{1}{2}$（①+②）得到，所以反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的△H=$\frac{1}{2}$（-574kJ/mol-1160kJ/mol）=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）反應(yīng)：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2N₂（g）+3H₂O（g）△△H＜0，提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，可以使得化學(xué)平衡正向移動(dòng)即可，可以增大NH₃的濃度、減小反應(yīng)體系的壓強(qiáng)、降低反應(yīng)體系的溫度等，
故答案為：增大NH₃的濃度或減小反應(yīng)體系的壓強(qiáng)或降低反應(yīng)體系的溫度等；
 （3）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl知道，N₂～2NO₂～2ClO₂，所以若生成11.2L即0.5molN₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗1molClO₂質(zhì)量是1mol×67.5g/mol=67.5g，
故答案為：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；67.5g；
 （4）①（1）當(dāng)20-30min時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.0{4}^{2}}$=0.56，
故答案為：0.56；
②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮?dú)獾臐舛仍龃�，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)，故答案為：減少CO₂濃度；
③30min時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫和化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，題目難度中等．