Question

（2011?南京三模）隨著氮氧化物污染的日趨嚴重，國家將于“十二五”期間加大對氮氧化物排放的控制力度．  目前，消除氮氧化物污染有多種方法．
（1）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）△H．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）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	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃時，該反應的平衡常數K=

0.56

（保留兩位小數）．
②30min后，改變某一條件，反應重新達到平衡，則改變的條件可能是

減小CO₂的濃度

．
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則該反應的△H

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）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）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（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（1）的熱化學方程式

CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1

（3）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電極反應生成一種氧化物Y，有關電極反應
可表示為

NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅

．

Answer 1

分析：（1）①依據圖表數據結合化學平衡常數概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
②依據圖表數據計算分析判斷；
③依據平衡濃度之比和30min前達到的平衡濃度比較分析平衡移動方向，結合平衡移動原理判斷反應熱量變化；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（3）燃料原電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應；先根據化合價判斷生成氧化物N₂O₅的電極，再根據離子的放電順序寫出電極反應式；

解答：解：（1）①平衡狀態物質的平衡濃度為，c（NO）=0.04mol/L；c（N₂）=0.03mol/L；c（CO₂）=0.03mol/L；K=

c(N2)c(CO2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.04

=0.56；
故答案為：0.56；
②30min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）=0.034mol/L；c（CO₂）=0.017mol/L；c（NO）=0.032mol/L；K=

c(N2)c(CO2)

c2(NO)

=

0.034×0.017

0.0322

=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，所以可能是減小二氧化碳濃度；故答案為：減小CO₂的濃度；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，和圖表數據分析判斷，平衡逆向進行，由平衡移動原理可知，升溫平衡向吸熱反應方向進行，所以正反應為放熱反應；反應的△H＜0；
故答案：＜；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：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；
（3）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電極反應生成一種氧化物Y，二氧化氮在負極失電子發生氧化反應，元素化合價升高為+5價，氧化物為N₂O₅，反應的電極反應為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數計算判斷，原電池原理的應用和電極反應書寫，題目難度中等．