Question

4．為治理環(huán)境，減少霧霾，應采取措施減少二氧化硫、氮氧化物（NO_x）和CO₂的排放量．
Ⅰ處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．
①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-867kJ/mol
（1）若用4.48LCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量為232kJ．（氣體體積已折算為標準狀況下）
（2）NOx可用強堿溶液吸收產(chǎn)生硝酸鹽．在酸性條件下，F(xiàn)eSO₄溶液能將NO₃^-還原為NO，NO能與多余的FeSO₄溶液作用生成棕色物質(zhì)，這是檢驗NO₃^-的特征反應，寫出該過程中產(chǎn)生NO的離子方程式：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
電解的原理如圖1所示
（3）電解時陰極的電極反應式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；當電路中轉(zhuǎn)移20mol電子時，交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量減少180g．
Ⅲ利用I₂O₅消除CO污染的反應為：5CO（g）+I₂O₅（s）═5CO₂（g）+I₂（s）．不同溫度下，向裝有足量I₂O₅固體的2L恒容密閉容器中通入4molCO，測得CO₂的體積分數(shù)（φ）隨時間（t）變化曲線如圖2．
回答：
（4）T₁時，該反應的化學平衡常數(shù)的數(shù)值為1024．
（5）下列說法不正確的是BD（填字母）．
A．容器內(nèi)氣體密度不變，表明反應達到平衡狀態(tài)
B．兩種溫度下，c點時體系中混合氣體的壓強相等
C．d點時，在原容器中充入一定量氦氣，CO的轉(zhuǎn)化率不變
D．b點和d點時化學平衡常數(shù)的大小關系：K_b＜K_d
Ⅳ．以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄通過反應CO₂（g）+CH₄（g）═CH₃COOH（g）△H＜0直接轉(zhuǎn)化成乙酸．在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖3所示．
（6）①250-300℃時，乙酸的生成速率減小的主要原因是250℃～300℃時，催化劑的催化效率降低．
②工業(yè)生產(chǎn)中該反應的溫度常選擇250℃、不選擇400℃，從綜合經(jīng)濟效益考慮，其原因是250℃時，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-867kJ•mol^-1
由蓋斯定律②×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律計算得到反應的焓變，熱化學方程式的意義：1molCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量值等于焓變值；
（2）酸性條件下，亞鐵離子和硝酸根離子反應生成鐵離子、一氧化氮和水；
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，在電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應，根據(jù)電極反應式結(jié)合電子守恒來計算；
（4）根據(jù)b點時CO₂的體積分數(shù)φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡濃度進而求出T₁時化學平衡常數(shù)K；
（5）A、因為條件為恒容，而反應前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度是變量，當不變時表明反應達到平衡狀態(tài)；
B．c點為交點，各氣體物質(zhì)的量分別相等；
C．反應前后氣體體積不變，壓強變化對平衡無影響；
D．b點比d點時生成物CO₂體積分數(shù)大，說明進行的程度大，則化學平衡常數(shù)：K_b＞K_d．
（6）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響分析；
②根據(jù)溫度對化學平衡移動的影響分析．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-867kJ•mol^-1
由蓋斯定律②×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），所以焓變△H=（-867kJ•mol^-1）×2-（-574kJ•mol^-1）=-1160kJ•mol^-1，若用4.48L即0.2molCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量為1160kJ/mol×0.2mol=232kJ，
故答案為：232；
（2）酸性條件下，亞鐵離子和硝酸根離子反應生成鐵離子、一氧化氮和水，離子反應方程式為3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生氧化反應，則Ag-Pt作陰極，陰極上電極反應式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，Pt電極為陽極，陽極反應為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，當轉(zhuǎn)移20mol電子時，陽極消耗10mol水，產(chǎn)生20molH⁺進入陰極室，陽極質(zhì)量減少180g，
故答案為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；180；
（4）T₁時：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol    y                 y
b點量/mol    4-y                y
根據(jù)b點時CO₂的體積分數(shù)φ（CO₂）=$\frac{y}{4}$=0.80，得y=3.2mol，c（CO）=0.4mol•L^-1，c（CO₂）=1.6mol•L^-1，
T₁時化學平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{5}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{5}（CO）}$=$\frac{1.6{\;}^{5}}{0．{4}^{5}}$=1024，
故答案為：1024；
（5）A．因為條件為恒容，而反應前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時，表明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．c點為交點，氣體物質(zhì)的量分別相等，所以兩種溫度下，體系中混合氣體的壓強不等，故B錯誤；
C．反應前后氣體體積不變，壓強變化對平衡無影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故C正確；
d．b點比d點時生成物CO₂體積分數(shù)大，說明進行的程度大，則化學平衡常數(shù)：K_b＞K_d，故D錯誤；
故答案為：BD；
（6）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②業(yè)生產(chǎn)中該反應的溫度常選擇250℃、不選擇400℃，從綜合經(jīng)濟效益考慮，是因為250℃時，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動，
故答案為：250℃時，催化劑的催化效果最好，提高溫度耗費較高的能量，并且低溫條件有利于平衡向著正反應方向移動．

點評 本題考查熱化學反應方程式計算、化學平衡常數(shù)的相關計算、化學平衡移動原理，綜合性很強，難度較大．