Question

（14分）碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用。請回答下列問題：

（1）用CH4 催化還原NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g) + 4NO2(g) =4NO(g)＋CO2(g) + 2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·molˉ1

CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g)＋CO2(g) + 2H2O(g) ΔH2

若2 mol CH4 還原NO2 至N2，整個過程中放出的熱量為1734 kJ，則ΔH2＝ ；

（2）據(jù)報道，科學家在一定條件下利用Fe2O3與甲烷反應可制取“納米級”的金屬鐵。其反應為：Fe2O3(s) + 3CH4(g)2Fe(s) + 3CO(g) +6H2(g) ⊿H>0

①若反應在5L的密閉容器中進行，1min后達到平衡，測得Fe2O3在反應中質(zhì)量減少3.2g。則該段時間內(nèi)CO的平均反應速率為________________。

②若該反應在恒溫恒壓容器中進行，能表明該反應達到平衡狀態(tài)的是__________

A．CH4的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率

B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

C．v（CO）與v（H2）的比值不變

D．固體的總質(zhì)量不變

③該反應達到平衡時某物理量隨溫度變化如圖所示，當溫度由T1升高到T2時，平衡常數(shù)KA KB（填“>”、“<”或“=”）�？v坐標可以表示的物理量有哪些 。

A．H2的逆反應速率

B．CH4的的體積分數(shù)

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量

D．CO的體積分數(shù)

（3）工業(yè)合成氨氣需要的反應條件非常高且產(chǎn)量低，而一些科學家采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）實現(xiàn)氨的電化學合成，從而大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率。電化學合成氨過程的總反應式為：N2＋3H22NH3，該過程中還原反應的方程式為 。

（4）若往20mL 0.0lmol·L-l的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定濃度的燒堿溶液，測得混合溶液的溫度變化如圖所示，下列有關說法正確的是

①該燒堿溶液的濃度為0.02mol·L-1

②該燒堿溶液的濃度為0.01mol·L-1

③HNO2的電離平衡常數(shù)：b點>a點

④從b點到c點，混合溶液中一直存在：c(Na+)>c(NO)>c(OH)> c(H+)

Answer 1

(1) ①-1160kJ/mol（2分）

(2) ①0.012mol?L-1?min-1（2分） ②B、D（2分）；③<（2分） B、C（2分）

(3) N2+6H+ +6e- = 2NH3（2分） (4) ② ③（2分）

【解析】

試題分析：（1）將兩式相加可得：2CH4(g) + 4NO2(g) =2N2(g)＋2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH1＝－（574+x） kJ/mol=—1734 kJ/mol，解得x=—1160kJ/mol,所以ΔH2=—1160kJ/mol；（2）n(Fe2O3)=3.2g÷160g/mol=0.02mol，則n(CO)=3 n(Fe2O3)=0.06mol，則該段時間內(nèi)CO的平均反應速率為V(CO)= 0.06mol÷5L÷1min=0.012mol?L-1?min-1；②由于該反應是反應前后氣體體積相等，正反應是吸熱反應，A．CH4的系數(shù)與CO的系數(shù)相等，所以在任何情況下CH4轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率，因此不能判斷反應達到平衡狀態(tài)，錯誤；B．若反應未達到平衡狀態(tài)，則氣體的質(zhì)量發(fā)生改變，氣體的平均相對分子質(zhì)量就會改變，因此若混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，則反應處于平衡狀態(tài)，正確；C．由于H2、CO都是生成物，在任何情況下，v(CO)與v(H2)的比值不變，因此不能作為判斷平衡的標志，錯誤;D．若反應未達到平衡狀態(tài)，就會有O元素進入氣體或從氣體中變?yōu)楣腆w，使固體的總質(zhì)量發(fā)生變化，因此若固體質(zhì)量不變，則反應處于平衡狀態(tài)，正確；③由于該反應的正反應是吸熱反應，升高溫度，根據(jù)平衡移動原理：平衡向吸熱反應方向移動，對該反應來說就是 溫度，平衡正向移動，所以化學平衡常數(shù)增大，所以KA<KB。A.升高溫度，無論是放熱反應還是吸熱反應，反應速率都加快，所以H2的逆反應速率增大，與圖像不吻合，錯誤；B．升高溫度，平衡正向移動，CH4的的體積分數(shù)減小，與圖像吻合，正確；C．升高溫度，平衡正向移動，氣體的質(zhì)量增加，而氣體的物質(zhì)的量增大，氣體物質(zhì)的量增大的大于氣體質(zhì)量增加的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，與圖像吻合，正確；D．升高溫度，平衡正向移動，CO的體積分數(shù)增大，與圖像不吻合，錯誤；（3）電化學合成氨過程的總反應式為：N2＋3H22NH3，該過程中還原反應的方程式為N2+6H+ +6e- = 2NH3；（4）酸堿中和反應是放熱反應，而二者恰好完全反應時溶液的溫度最高。由于溫度最高時，NaOH溶液的體積是20ml，HNO2+NaOH=NaNO2+ H2O。n(NaOH)=n(HNO2)= 0.02L×0.0lmol/L=2×10-4mol，所以c(NaOH)= 2×10-4mol÷0.02L=0.01mol/L；所以①錯誤；②正確；③由于在b點時溫度高于a點，弱電解質(zhì)HNO2的電離是吸熱過程，升高溫度，促進該酸的電離，所以電離平衡常數(shù)：b點>a點，正確；④從b點到c點，在b點時是NaNO2溶液，當?shù)絚點時，是NaNO2和NaOH等濃度、等體積的混合溶液，NaNO2是強堿弱酸鹽，NO2-水解消耗水電離產(chǎn)生的H+,最終當溶液達到平衡時，c(OH-)> c(H+)，根據(jù)物料守恒可得：c(Na+)>c(NO2-)，但是鹽水解的程度是微弱的，鹽電離產(chǎn)生的離子遠大于水電離產(chǎn)生的離子濃度。所以混合溶液中一直存在：c(Na+)> c(NO2-)> c(OH-)> c(H+)，當在c點由于增加NaOH，二者是等物質(zhì)的量混合，所以c(Na+))>c(OH-)> c(NO2-)> c(H+)，錯誤。故選項是B、C；

考點：考查 蓋斯定律的應用、化學反應速率的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、原電池反應中電極反應式的書寫、酸堿混合溶液中物質(zhì)濃度的計算及離子濃度大小比較的知識。