Question

19．汽車尾氣作為空氣污染的主要來源之一，含有大量的有害物質(zhì)，包括CO、
NO_x、碳?xì)浠�合物和固體懸浮顆粒等．對汽車尾氣的治理是環(huán)境工作者面臨的挑戰(zhàn)．試回答以下問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160KJ/mol
②CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574KJ/mol
則由CH₄將NO₂完全還原成N₂，生成CO₂和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）NO_x也可以被NaOH溶液吸收而生成NaNO₃、NaNO₂，已知某溫度下，HNO₂的電離常數(shù)K_a=9.7×10^-4，
NO₂^-的水解常數(shù)K_h=8.0×10^-10，則該溫度下水的離子積常數(shù)=K_a×K_h（用含K_a、K_h的代數(shù)式表示），此時溶液的溫度＞25^°C（“＞”、“＜”、“=”）．
（3）化工上利用CO合成甲醇，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol．
不同溫度下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示：圖中T₁、T₂、T₃的高低順序是T₁＜T₂＜T₃，理由是該反應(yīng)為放熱，溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越低．
（4）化工上還可以利用CH₃OH生產(chǎn)CH₃OCH₃．在體積均為10L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．

容器編號	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）	平衡物質(zhì)的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱為反應(yīng)（填“放熱”、“吸熱”），若起始時向容器Ⅰ中充入CH₃OH0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol和H₂O0.10mol，則反應(yīng)將向正方向進(jìn)行（填“正”、“逆”）．

Answer 1

分析 （1）已知①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），據(jù)此分析；
（2）依據(jù)亞硝酸根離子水解平衡常數(shù)表達(dá)式變式計算分析；
（3）正反應(yīng)放熱，則升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低；
（4）對比I、Ⅱ可知，升高溫度CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量減小，說明平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動；
根據(jù)I中數(shù)據(jù)計算平衡常數(shù)，計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）已知①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律將$\frac{①+②}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-$\frac{574+1160}{2}$kJ•mol^-1=867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，Kh=$\frac{c（HN{O}_{2}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$=$\frac{c（HN{O}_{2}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{{O}_{2}}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a}}$，則Kw=Kh×Ka=8.0×10^-10mol•L^-1×9.7×10^-4mol•L^-1=7.76×10^-13，＞常溫下Kw=10^-14，溫度高于常溫，＞25°C，
故答案為：K_a×K；＞；
（3）根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，圖中T₁、T₂、T₃的高低順序T₁＜T₂＜T₃，
故答案為：T₁＜T₂＜T₃，該反應(yīng)為放熱，溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越低；
（4）對比I、Ⅱ可知，升高溫度CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量減小，說明平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，容器Ⅰ中平衡時c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L，容器Ⅰ中化學(xué)平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（{H}_{2}O）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4，此時濃度商Qc=$\frac{c（{H}_{2}O）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67＜K=4，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行．
故答案為：放熱，正．

點(diǎn)評 本題目綜合考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的計算和應(yīng)用、圖象分析判斷等方面的知識，側(cè)重于影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素的考查，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵，題目難度中等．注意料電池反應(yīng)的特點(diǎn)．