Question

7．燃煤煙氣中含有大量的氮氧化合物（NO_x），不宜直接排放到空氣中，可采用以下措施對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行處理．
Ⅰ．CH₄還原法：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1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=0.5（a+b）kJ/mol．
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
在溫度T₁和T₂時(shí)，分別將0.50molCH₄和1.2molNO₂充入體積為1L的密閉容器中，測(cè)得n（CH₄）隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)如下表：

溫度	時(shí)間/min n/mol	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）	0.50	0.30	0.18	0.15	0.15

（1）在0～10min內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）為3：4；
（2）T₁＜ T₂（填＜，=，＞）； a＜0（填＜，=，＞）
（3）在T₁時(shí)，0～10min內(nèi)內(nèi)NO₂的轉(zhuǎn)化率是50%；欲提高NO₂的轉(zhuǎn)化率同時(shí)加快反應(yīng)速率，可采取的措施有B
A．縮小容器體積     B．增大CH₄濃度    C．降低溫度     D．加入催化劑
Ⅱ． NO_x也可以用NH₃還原除去，利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂．當(dāng)氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量差為14g時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為12mol．

Answer 1

分析 I．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律可知，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（1）時(shí)間、體積相同，速率之比等于甲烷的物質(zhì)的量變化量之比；
（2）溫度越高反應(yīng)速率越快，根據(jù)前10min內(nèi)甲烷物質(zhì)的量變化量判斷溫度高低；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度T₂到達(dá)平衡時(shí)，甲烷的物質(zhì)的量大于溫度T₁時(shí)，結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響判斷；
（3）根據(jù)甲烷物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計(jì)算參加反應(yīng)二氧化氮物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算二氧化氮的轉(zhuǎn)化率；欲提高NO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但不能只增大二氧化氮的物質(zhì)的量，結(jié)合外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響判斷；
II．反應(yīng)中NO₂為氧化劑，得到還原產(chǎn)物，NH₃為還原劑，得到氧化產(chǎn)物，N₂既是還原產(chǎn)物又是氧化產(chǎn)物，由N原子守恒可知氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量中為8：6=4：3，計(jì)算氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物物質(zhì)的量，結(jié)合N元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量．

解答 解：（1）I．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律可知，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反應(yīng)熱△H=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$=0.5（a+b）kJ/mol，熱反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（a+b）kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=0.5（a+b）kJ/mol；
（1）時(shí)間、體積相同，速率之比等于甲烷的物質(zhì)的量變化量之比，故在0～10min內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）=（0.5-0.35）：（0.5-0.3）=3：4，
故答案為：3：4；
（2）溫度越高反應(yīng)速率越快，根據(jù)前10min內(nèi)甲烷物質(zhì)的量變化量可知：T₁＜T₂，由表中數(shù)據(jù)可知，溫度T₂到達(dá)平衡時(shí)，甲烷的物質(zhì)的量大于溫度T₁時(shí)，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故a＜0，
故答案為：＜；＜；
（3）前10min甲烷物質(zhì)的量變化量為0.5mol-0.35mol=0.15mol，根據(jù)方程式可知參加反應(yīng)二氧化氮物質(zhì)的量為0.15mol×4=0.6mol，故二氧化氮的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6mol}{1.2mol}$×100%=50%；
A．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B．增大CH₄濃度，反應(yīng)速率加快，但平衡向酯化反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C．降低溫度，反應(yīng)速率減慢，故C錯(cuò)誤；
D．加入催化劑，加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，NO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤，
故答案為：50%；B；
II．反應(yīng)中NO₂為氧化劑，得到還原產(chǎn)物，NH₃為還原劑，得到氧化產(chǎn)物，N₂既是還原產(chǎn)物又是氧化產(chǎn)物，由N原子守恒可知氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量中為8：6=4：3，設(shè)氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量分別為4ymol、3ymol，則（4y-3y）mol×28g/mol=14，解得y=0.5，故轉(zhuǎn)移電子為4×0.5mol×2×[0-（-3）]=12mol，
故答案為：12mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律應(yīng)用、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算及影響因素、氧化還原反應(yīng)計(jì)算等，側(cè)重考查學(xué)生的分析計(jì)算能力，難度中等．