Question

【題目】碳、氮及其化合物在工農業生產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) △H1=-574 kJ mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2

若2 molCH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為1734 kJ，則△H2=_________；

（2）據報道，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，其反應如下：Fe2O3(s)+3CH4(g)===2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g) △H>0

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

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的是__________(選填序號）

A．CH4的轉化率等于CO的產率

B．混合氣體的平均相對分子質量不變

c．v(CO)與v(H2)的比值不變

D．固體的總質量不變

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KA________KB(填“>”、“<”或“=”)，縱坐標表示的物理量可能是__________(填字母)。

A．H2的逆反應速率

B．CH4的的體枳分數

C．混合氣體的平均相對分子質量

D．CO的體積分數

（3）而一些科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）實現氨的電化學合成，從而大大提高了氮氣和氫氣的轉化率。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20 mL0.01mol/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下圖所示，下列有關說法正確的是_____________(填標號)

①該燒堿溶液的濃度為0.02mol/L

②該燒堿溶液的濃度為0.01mol/L

③HNO2的電離平衡常數：b點>a點

④從b點到c點，混合溶液中一直存在：c(Na+)> c(NO2－) >c(OH－)> c(H+)

Answer 1

【答案】（1）-1160kJ/mol；

（2）①2×10-4或0.0002；②bd；③<；bc；

（3）N2+6H++6e-=2NH3；（4）②③。

【解析】

試題分析：（1）①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ，②CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H=－1734/2kJ·mol－1=－867kJ·mol－1，②×2－①得出△H2=(－867×2＋574)kJ·mol－1=－1160kJ·mol－1；(2)①生成CO的物質的量為3.2×3/160mol=0.06mol，根據化學反應速率的表達式v(CO)=0.06/(5×60)mol/(L·s)=0.0002mol/(L·s)；②a、CH4的轉化率等于CO的產率，不能說明反應達到平衡，故錯誤；b、反應前氣體的摩爾質量為16g·mol－1，假設反應徹底反應到底，氣體的平均摩爾質量為(3×28＋6×2)/9g·mol－1=10.7g·mol－1，氣體摩爾質量減小，當氣體平均摩爾質量不再改變，說明反應達到平衡，故正確；c、化學反應速率之比等于化學計量數之比，不能說明反應達到平衡，故錯誤；d、根據化學平衡狀態的定義，組分的濃度不再改變說明反應達到平衡，即CO的體積分數不變，說明反應達到平衡，故正確；③此反應正反應是吸熱反應，生成溫度，平衡正向移動，B點溫度高于A，因此KA<KB，a、升高溫度，正逆反應速率都增大，故錯誤；b、升高溫度，平衡正向移動，甲烷量減小，體積分數降低，故正確；c、根據上述分析，向正反應方向進行，氣體的平均摩爾質量減少，故正確；d、反應向正反應方向進行，CO的體積分數增大，故錯誤；(3)還原反應是化合價降低，得到電子，因此N2被還原，因此電極反應式為N2+6H＋+6e－=2NH3；(4)b點溫度最高，說明b點兩者恰好完全反應，因此NaOH的濃度為0.01mol·L－1，故選項②正確；弱電解質的電離是吸熱過程，升高溫度，促進電離，即b點電離平衡常數大于a點，故選項③正確；④c點溶質為NaNO2和NaOH，且兩者物質的量相等，NO2－是弱酸根，要發生水解，c(OH－)>c(NO2－)，故錯誤。