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20.消除氮氧化物污染有多種方法.
(1)用CH4催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染.已知:
①CH4 (g)+4NO2 (g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2 O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4 (g)+4NO(g)═2N2 (g)+CO2(g)+2H2 O(g)△H=-1160kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(1),△H=-955 kJ•mol-1
(2)用活性炭還原法處理氮氧化物.有關反應為:C(s)+2NO(g)?N2 (g)+CO2 (g)某研究小組向恒容密閉容器加入一定量的活性炭和NO,恒溫條件下反應,反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下
濃度/mol•L-1
時間/min
NON2CO2
00.10000
100.0580.0210.021
200.0400.0300.030
300.0400.0300.030
400.0320.0340.017
500.0320.0340.017
①不能作為判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據是B C
A.容器內CO2的濃度保持不變 B.v(N2)=2v(NO) C.容器內壓強保持不變 D.混合氣體的密度保持不變 E.混合氣體的平均相對分子質量保持不變
②計算該溫度下該反應的平衡常數為0.56(保留兩位小數);
③在30min,改變某一條件,反應重新達到平衡,則改變的條件是減小CO2濃度.
(3)甲烷燃料電池可以提升能量利用率,如圖是利用甲烷燃料電池電解50mL2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖:

請回答:
①甲烷燃料電池的負極反應式是CH4-8e+2H2O=CO2+8H+
②當A中消耗0.15mol氧氣時,B中b(用a或b 表示)極增重19.2g.

分析 (1)依據熱化學方程式和蓋斯定律計算[①+②+③×4]×12得到CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式;
(2)①依據化學平衡狀態(tài)的實質是正逆反應速率相等,結合反應特征分析判斷,由正逆反應速率相同衍生的關系,變量不變說明反應達到平衡狀態(tài);
②20min-30min反應達到平衡,圖表中得到平衡濃度,依據平衡常數的概念計算得到;
③依據圖表數據變化分析,30min末一氧化氮和二氧化碳濃度減小,氮氣濃度增大,結合計算平衡常數和濃度變化分析判斷;改變的條件可能是減小二氧化碳濃度;
(3)①甲烷燃料酸性電池中,負極上甲烷失電子生成水和二氧化碳,結合電荷守恒和原子守恒書寫電極反應;
②b電極為陰極,陰極上銅離子放電生成Cu,根據Cu和轉移電子之間的關系式計算;

解答 解:(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-l
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2 O(g)△H=-1160kJ•mol-l
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-l
依據蓋斯定律計算[①+②+③×4]×12得到CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的熱化學方程式:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955 kJ•mol-1
故答案為:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955 kJ•mol-1;
(2)①C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g).反應是氣體體積不變的反應;
A.容器內CO2的濃度保持不變說明反應達到平衡狀態(tài),故A正確;
B.反應速率之比等于化學方程式系數之比,當v(NO)=2v(N2),反應達到平衡,v(NO)=2v(N2)z只能說明反應正向進行,故B錯誤;
C.反應是氣體體積不變的反應,反應過程中和反應平衡狀態(tài)壓強相同,所以容器內壓強保持不變不能說明反應達到平衡,故C錯誤;
D.混合氣體密度等于質量除以體積,反應中碳是固體,平衡移動氣體質量變化,體積不變,所以混合氣體的密度保持不變,說明反應達到平衡,故D正確;
E.混合氣體的平均相對分子質量等于氣體總質量除以總物質的量,反應中碳是固體,平衡移動,氣體質量發(fā)生變化,氣體物質的量不變,混合氣體的平均相對分子質量保持不變,說明反應達到平衡狀態(tài),故E正確;
故選BC;
②20-30min反應達到平衡狀態(tài),C(s)+2NO(g)?N2 (g)+CO2 (g),各物質的平衡濃度為:c(CO2)=c(N2)=0.3mol/L;c(NO)=0.4mol/L,反應的平衡常數為:K=[CO2][N2][NO]2=0.3×0.3042=0.56,故答案為:0.56;
③30min時改變某一條件,反應重新達到平衡,依據平衡常數計算得到c(N2)=0.34mol/L;c(CO2)=0.17mol/L;c(NO)=0.32mol/L;K=[CO2][N2][NO]2=0.34×0.170.322=0.56,化學平衡常數隨溫度變化,平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度,依據數據分析,氮氣濃度增大,二氧化碳和一氧化氮濃度減小,反應前后氣體體積不變,所以減小二氧化碳濃度,平衡正向進行的結果,故答案為:減小二氧化碳濃度;
(3)①甲烷燃料酸性電池中,負極上甲烷失電子生成水和二氧化碳,電極反應為CH4-8e+2H2O=CO2+8H+,故答案為:CH4-8e+2H2O=CO2+8H+;
②A中消耗0.15mol氧氣時,O2+2H2O+4e-=4OH-,轉移0.6mol電子,b電極為陰極,陰極上銅離子放電生成Cu,Cu2++2e-=Cu,根據Cu和轉移電子之間的關系式得析出Cu的質量=0.6mol2×1×64g/mol=19.2g,故答案為:b;19.2;

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用,化學反應速率、化學平衡常數及其化學平衡影響因素和平衡標志的分析判斷,數值的處理和判斷是解題關鍵,題目難度中等.

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