Question

10．燃煤和汽車尾氣是造成霧霾天氣的主要因素．
（1）汽車凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
①寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$
②若某溫度下K=15，某時(shí)刻，2L容器中的NO、CO、CO₂、N₂物質(zhì)的量均為0.1mol，則此時(shí)反應(yīng)移動(dòng)方向逆移（填“逆移”、“正移”、“不移”）
（2）煤直接燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有氮的氧化物，可用甲烷催化還原消除其對(duì)大氣的污染．
已知：CH₂（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（I）△H=-44.0kJ/mol
①寫出常溫下甲烷催化還原N₂O₄（g）生成N₂和CO₂和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol．
②對(duì)于甲烷催化還原NO₂的反應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是AC
A．若K（T₁）＞K（T₂），則T₁＜T₂
B．增大壓強(qiáng)有利于提高NO₂的轉(zhuǎn)化率
C．當(dāng)有0.4mol碳?xì)滏I斷裂，同時(shí)由0.4mol氫氧鍵斷裂，可知反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)
D．活化鍵：E（正）＞E（逆）
（3）甲烷燃燒電池可以提升能量利用率，寫出當(dāng)以氫氧化鉀為電解質(zhì)溶液時(shí)，該電池的負(fù)極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)等于生成物濃度的冪之積比上反應(yīng)濃度冪之積；
②根據(jù)該反應(yīng)的濃度商和化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系判斷平衡移動(dòng)方向；
（2）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)①得出甲烷催化還原NO₂的反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，據(jù)此分析；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，氫氧化鉀為電解質(zhì)溶液時(shí)，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O．

解答 解：（1）①平衡常數(shù)等于生成物濃度的冪之積比上反應(yīng)濃度冪之積，即：K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$，故答案為：K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$；
②若某溫度下2L容器中的NO、CO、CO₂、N₂物質(zhì)的量均為0.1mol，則此時(shí)刻體系中NO、CO、CO₂、N₂的濃度均為0.05 mol•L^-1濃度商=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$=$\frac{0.05×0.05{\;}^{2}}{0.05{\;}^{2}×0.05{\;}^{2}}$=20＞15，所以平衡向左移動(dòng)，故答案為：逆移；
（2）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
②A．因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，所以升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K變小，所以若K（T₁）＞K（T₂），則T₁＜T₂，故正確；
B．因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，降低NO₂的轉(zhuǎn)化率，故錯(cuò)誤
C．當(dāng)有0.4mol碳?xì)滏I斷裂即消耗0.1mol甲烷，同時(shí)由0.4mol氫氧鍵斷裂即消耗0.2mol水，正逆反應(yīng)速率相等，可知反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，故正確；
D．因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，所以活化鍵：E（正）＜E（逆），故錯(cuò)誤；
故選：AC；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極通入，氫氧化鉀為電解質(zhì)溶液時(shí)，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律求焓變、化學(xué)平衡影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計(jì)算應(yīng)用，注意平衡的條件分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．