Question

碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用．請回答下列問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若2molCH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過程中放出的熱量為1734kJ，則△H₂=

 

；
（2）據(jù)報(bào)道，科學(xué)家在一定條件下利用Fe₂O₃與甲烷反應(yīng)可制取“納米級”的金屬鐵．其反應(yīng)如下：
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測得Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g．則該段時(shí)間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為

 

．
②若該反應(yīng)在恒溫恒壓容器中進(jìn)行，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（選填序號）
a．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率      
b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
c．v（CO）與v（H₂）的比值不變    
d．固體的總質(zhì)量不變
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)某物理量隨溫度變化如圖所示，當(dāng)溫度由T₁升高到T₂時(shí)，平衡常數(shù)K_A

 

K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．縱坐標(biāo)可以表示的物理量有哪些

 

．
a．H₂的逆反應(yīng)速率              
b．CH₄的體積分?jǐn)?shù)
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量   
d．CO的體積分?jǐn)?shù)
（3）工業(yè)合成氨氣需要的反應(yīng)條件非常高且產(chǎn)量低，而一些科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實(shí)現(xiàn)氨的電化學(xué)合成，從而大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．電化學(xué)合成氨過程的總反應(yīng)式為：N₂+3H₂

一定條件

2NH₃，該過程中還原反應(yīng)的方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律書寫二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾臒峄瘜W(xué)方程式，從而計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）①結(jié)合題干計(jì)算鐵物質(zhì)的量，根據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算甲烷消耗的物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，據(jù)此分析；
③該反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向移動，據(jù)此分析；
（3）燃料電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂②
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過程中放出的熱量為867kJ，
將熱化學(xué)方程式

①+②

2

得熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

-574+△H2

2

kJ/mol=-867kJ/mol，△H₂=-1160kJ/mol，
故答案為：-1160kJ/mol；
（2）①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測得Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g的物質(zhì)的量=

3.2g

160g/mol

=0.02mol，結(jié)合化學(xué)方程式，F(xiàn)e₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），計(jì)算反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量為0.06mol，則該段時(shí)間內(nèi)CH₄的平均反應(yīng)速率=

0.06mol 5L

1min

=0.012mol/（L?min），
故答案為：0.012mol/（L?min）；
②a．CH₄的轉(zhuǎn)化率與CO的產(chǎn)率與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān)，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量都不同，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c、v（CO）與v（H₂）的比值始終不變，所以其不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、固體的總質(zhì)量不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；故答案為：bd；
③Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，K_A＜K_B；
a．H₂的逆反應(yīng)速率隨溫度的升高而增大，故a錯(cuò)誤；
b．升溫平衡正向移動，CH₄的體積分?jǐn)?shù)減小，故b正確；
c．升溫平衡正向移動，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，故c正確；
d．升溫平衡正向移動，CO的體積分?jǐn)?shù)增大，故d錯(cuò)誤；故答案為：＜；bc；
（3）燃料電池中，正極上氮?dú)獾秒娮雍蜌潆x子發(fā)生還原反應(yīng)生成氨氣，電極反應(yīng)式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

點(diǎn)評：本題綜合考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的有關(guān)計(jì)算等知識，綜合性較強(qiáng)，難度大．