Question

2013年全國(guó)各地都遭遇“十面霾伏”．其中，機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤產(chǎn)生的煙氣對(duì)空氣質(zhì)量惡化貢獻(xiàn)較大．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）．△H＜0
若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖甲正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號(hào)）．
（下圖中υ_正、K、n、w分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)）


（2）機(jī)動(dòng)車尾氣和煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染．已知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：

 

．
（3）用NH₃催化還原NO_X也可以消除氮氧化物的污染．圖乙，采用NH₃作還原劑，煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑，測(cè)量逸出氣體中氮氧化物含量，從而確定煙氣脫氮率（注：脫氮率即氮氧化物轉(zhuǎn)化率），反應(yīng)原理為：NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）．
①該反應(yīng)的△S

 

0，△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②對(duì)于氣體反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（p_B）代替物質(zhì)的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），則上述反應(yīng)的K_P=

 

．
③以下說法正確的是

 

．
A．第②種催化劑比第①種催化劑脫氮率高
B．相同條件下，改變壓強(qiáng)對(duì)脫氮率沒有影響
C．催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理見圖丙．該電池在使用過程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)為

 

．
（5）硝酸工業(yè)尾氣中氮氧化物（NO和NO₂）可用尿素〔CO（NH₂）₂〕溶液除去．反應(yīng)生成對(duì)大氣無污染的氣體．1mol尿素能吸收工業(yè)尾氣中氮氧化物（假設(shè)NO、NO₂體積比為1：1）的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

分析：（1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（2）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)行加減寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式；
（3）①熵是用描述混亂程度的，△S就是混亂程度的變化，根據(jù)反應(yīng)前后氣體體積不會(huì)判斷熵變；脫氮率即氮氧化物轉(zhuǎn)化率，①和②中升高溫度氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（p_B）代替物質(zhì)的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），據(jù)此寫出反應(yīng)NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）的平衡常數(shù)K_P；
③A、催化劑只影響反應(yīng)速率，不會(huì)改變轉(zhuǎn)化率；
B、根據(jù)反應(yīng)原理可知，正反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)影響脫氮率；
C、根據(jù)圖象數(shù)據(jù)可知，催化劑①、②發(fā)揮增大催化效果的溫度分別為250℃和450℃；
（4）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價(jià)判斷生成氧化物N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；
（5）根據(jù)題目信息寫出方程式，建立關(guān)系式，然后依據(jù)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算．

解答：解：（1）A、t₁時(shí)正反應(yīng)速率仍然在變化，說明沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B、t₁時(shí)平衡常數(shù)不再變化，正逆反應(yīng)速率相等，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C、t₁時(shí)二氧化碳和一氧化氮的物質(zhì)的量還在變化，說明正逆反應(yīng)速率不相等，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、t₁時(shí)一氧化氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化，表明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BD；
（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+④×2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；
（3）①反應(yīng)前氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4，反應(yīng)后計(jì)量數(shù)之和為5，正反應(yīng)是混亂度增加的反應(yīng)，所以△S＞0；根據(jù)①、②圖象可知，達(dá)到平衡后升高溫度后，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向著逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＞；＜；     
②對(duì)于氣體反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（p_B）代替物質(zhì)的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），則反應(yīng)NO（g）+NO₂（g）+2NH₃（g）?2N₂（g）+3H₂O（g）的K_P=

P2(N2)?P3(H2O)

P(NO)?P(NO2)?P2(NH3)

，
故答案為：

P2(N2)?P3(H2O)

P(NO)?P(NO2)?P2(NH3)

；
③A．催化劑不會(huì)影響轉(zhuǎn)化率，只影響反應(yīng)速率，所以第②種催化劑和第①種催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率沒有影響，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向著逆向移動(dòng)，所以壓強(qiáng)對(duì)脫氮率有影響，故B錯(cuò)誤；
C．由圖象可知，催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮，其催化活性最好，故C正確；
故選C；
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過程中石墨I(xiàn)電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，二氧化氮在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高為+5價(jià)，其氧化物為N₂O₅，發(fā)生的電極反應(yīng)為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（5）由題目信息可知，NO、NO₂與尿素反應(yīng)生成CO₂和N₂，反應(yīng)方程式為：NO+NO₂+CO（NH₂）₂=CO₂+2N₂+2H₂O，
      NO+NO₂ ～CO（NH₂）₂
     （30+46）g    1mol
1mol尿素能吸收工業(yè)尾氣中氮氧化物（假設(shè)NO、NO₂體積比為1：1）的質(zhì)量為76g，
故答案為：76．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)熱和焓變、熱化學(xué)方程式、原電池原理、化學(xué)平衡的影響因素等知識(shí)，題目難度較大，涉及的題量較多，充分考查了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．