Question

【題目】研究NO2、NO、CO等污染物的處理對建設美麗中國具有重要意義。

（1）利用甲烷催化還原NOx：

CH4(g)+4NO2(g) ===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g) ===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2＝－1160 kJ·mol-1

①甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為________________________________。

②將CH4和NO2充入密閉容器中發生上述反應，該反應達到平衡后，為了提高反應速率的同時提高NO2的轉化率，可采取的措施有__________(寫一點即可)。

③利用原電池反應可實現NO2的無害化，總反應為6NO2+8NH3===7N2+12H2O，電解質溶液為NaOH溶液，工作一段時間后，該電池正極區附近溶液pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)，負極的電極反應式為___________________。

（2）光氣(COCl2)在塑料、制革、制藥等工業中有許多用途。工業上常利用廢氣CO2通過反應：C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0，制取合成光氣的原料氣CO。在體積可變的恒壓(p總)密閉容器中充入1mol CO2 與足量的碳發生上述反應，在平衡時體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖所示：

①T℃時，在容器中若充入稀有氣體，平衡______移動(填“正向”“逆向”或“不”，下同)；若充入等體積的CO2和CO，平衡________移動。

②CO體積分數為40%時，CO2的轉化率為_______。

③已知：氣體分壓(p分)=氣體總壓×體積分數。800℃時用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數Kp=______(用含p總的代數式表示)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ·mol-1 增大CH4的濃度 增大 2NH3－6e-+6OH－＝N2+6H2O 正向 不 25% 5.28p總

【解析】

(1) ①ⅠCH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1＝－574 kJ·mol-1

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

根據蓋斯定律，由（Ⅰ+Ⅱ）得反應CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=（△H1+△H2）=（－574 kJ·mol-1－1160 kJ·mol-1）=－867 kJ·mol-1；

②將CH4和NO2充入密閉容器中發生上述反應，該反應達到平衡后，增大CH4的濃度，反應速率增大，反應正向移動，NO2的轉化率增大；

③正極反應式為2NO2+8e－+4H2O=N2+8OH－，產生OH－，c(OH－)增大，pH增大，NO2在正極上反應，NO2得到電子；負極區失去電子，化合價升高，因此NH3在負極反應，反應式為2NH3－6e-+6OH－＝N2+6H2O；

(2)①該反應正向為氣體分子數增大的反應，恒溫恒壓時充入稀有氣體，對該反應來說相當于減壓，v(正)>v(逆)，平衡正向移動；T ℃時，反應達到平衡時CO2、CO的體積分數相同，即濃度相等,恒壓條件下充入等體積的CO2和CO,各物質的濃度都不變，故平衡不移動；

②設CO2的轉化率為a,由已知列三段式得:

化學反應方程式: C(s)+ CO2(g) 2CO(g)

起始物質的量/mol 1 0

轉化物質的量mol a 2a

平衡物質的量/mol 1-a 2a

根據題意列關系式: ×100%=40%，解得: a=25%；

③用平衡濃度表示該反應化學平衡常數表達式為K=，所以若用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數的表達式為Kp=，由圖可得，800℃時CO體積分數為86%,分壓為86%×p總, CO2體積分數為14%，分壓為14%×p總,所以Kp===5.28p總。