Question

8．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=$\frac{a+b}{2}$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	n/mol時(shí)間/min	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＜（填＜、=、＞）0；
（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、將反應(yīng)CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol相加再約去公約數(shù)即可得反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的反應(yīng)熱；
（1）化學(xué)反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$，計(jì)算得到速率之比；
（2）分析表中數(shù)據(jù)變化可知起始量相同，在T₁、T₂狀態(tài)下達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)速率依據(jù)就可知，T₂大，甲烷物質(zhì)的量為0.10mol，0.15mol，說(shuō)明T₁到T₂平衡逆向進(jìn)行，溫度升高平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，欲提高NO₂的轉(zhuǎn)化率，改變條件平衡正向進(jìn)行，同時(shí)加快反應(yīng)速率，結(jié)合平衡移動(dòng)原理和影響反應(yīng)速率的因素分析判斷；
（4）分析元素化合價(jià)變化，二氧化氮中氮元素化合價(jià)降低，做氧化劑被還原得到氮?dú)�，氨氣中氮元素化合價(jià)-3價(jià)升高到0價(jià)，做還原劑被氧化，氧化產(chǎn)物為4molN2，還原產(chǎn)物為3molN₂，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物質(zhì)量相差28g，據(jù)此計(jì)算得到．

解答 Ⅰ、將反應(yīng)CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ/mol相加再約去公約數(shù)即可得反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反應(yīng)熱△H=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}}{2}$=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol，熱反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{a+b}{2}$kJ/mol；
（1）化學(xué)反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$，在0～10min內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速率υNO₂（T₁）：υNO₂（T₂）=$\frac{\frac{0.5mol-0.35mol}{1L}}{10min}$：$\frac{\frac{0.5mol-0.3mol}{1L}}{10min}$=3：4，
故答案為：3：4；
（2）分析表中數(shù)據(jù)變化可知起始量相同，在T₁、T₂狀態(tài)下達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)速率依據(jù)就可知T₂大，甲烷物質(zhì)的量為0.10mol，0.15mol，說(shuō)明T₁到T₂平衡逆向進(jìn)行，溫度升高平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，a＜0，
故答案為：＜；＜；
（3）在T₁時(shí)，0～10min內(nèi)，甲烷減小物質(zhì)的量=0.50mo-0.35mol=0.15mol，依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算可知反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量為
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
1         4
0.15mol    0.6mol
在T₁時(shí)，0～10min內(nèi)內(nèi)NO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1.2mol}$×100%=50%，
上述分析可知反應(yīng)是氣體體積增大的放熱反應(yīng)
A．縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，但二氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
B．增大CH₄濃度會(huì)提高二氧化氮的轉(zhuǎn)化率，增大物質(zhì)濃度增大反應(yīng)速率，故B正確；
C．降低溫度反應(yīng)速率減小，平衡正向進(jìn)行，二氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C錯(cuò)誤；
D．加入催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，二氧化氮轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤；
故選B，
故答案為：50%；B；
（4）分析元素化合價(jià)變化，二氧化氮中氮元素化合價(jià)降低，做氧化劑被還原得到氮?dú)猓�氨氣中氮元素化合價(jià)-3價(jià)升高到0價(jià)，做還原劑被氧化，氧化產(chǎn)物為4molN2，還原產(chǎn)物為3molN₂，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物質(zhì)量相差28g，電子轉(zhuǎn)移為24mol，當(dāng)氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量差為14g時(shí)，電子轉(zhuǎn)移為12mol，
故答案為：12mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析，化學(xué)平衡的計(jì)算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．