Question

【題目】汽車尾氣中的NOx是大氣污染物之一，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

（1）已知：

①CH4(g)＋4NO2(g)4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1

②CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H2=-1160kJ·mol-1

③CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝ 。

（2）反應③在熱力學上趨勢很大，其原因是 。在固定容器中按一定比例混合CH4與NO2后，提高NO2轉化率的反應條件是 。

（3）在130℃和180℃時，分別將0.50mol CH4和a mol NO2充入1L的密閉容器中發生反應③，測得有關數據如下表：

實驗編號	溫度		0分鐘	10分鐘	20分鐘	40分鐘	50分鐘
1	130℃	n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
2	180℃	n(CH4)/mol	0.50	0.30	0.18		0.15

① 開展實驗1和實驗2的目的是 。

② 130℃時，反應到20分鐘時，NO2的反應速率是 。

③ 180℃時達到平衡狀態時，CH4的平衡轉化率為 。

④ 已知130℃時該反應的化學平衡常數為6.4，試計算a= 。

（4）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見圖。該電池在使用過程中石墨I電極上生成氧化物Y，該電極反應為 。

Answer 1

【答案】（1）-867kJ·mol-1

（2）此反應放出的熱量十分大；降低溫度、降低壓強

（3）①研究溫度對該化學平衡的影響

②0.025mol/(L·min)③70%④1.2

（4）NO2+NO3--e-═N2O5

【解析】

試題分析：（1）根據蓋斯定律，②＋①得，CH4(g) ＋ 2NO2(g)N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H3＝-867 kJ·mol-1；（2）此反應放出的熱量十分大，所以反應③趨勢很大；在固定容器中按一定比例混合CH4與NO2后，反應放熱，降低溫度平衡正向移動NO2轉化率增大；減小壓強，平衡正向移動，NO2轉化率增大；（3）①實驗1和實驗2只有溫度不同，開展實驗1和實驗2的目的是研究溫度對該化學平衡的影響；② 130℃時，反應到20分鐘時，NO2的反應速率是0.025mol/(L·min)；③ 180℃時達到平衡狀態時，CH4的物質的量為0.15mol，平衡轉化率為70%

a= 1.2mol

（4）根據裝置圖，石墨I電極是負極，失電子發生氧化反應，氮元素化合價升高為+5,石墨I電極上生成氧化物Y,Y是N2O5，電極反應是NO2 + NO3- -e- ═ N2O5。