Question

1．運用化學反應原理研究碳、氮的單質及其化合物的反應對緩解環境污染、能源危機具有重要意義．
（1）某硝酸廠處理尾氣中NO的方法是：催化劑存在時用H₂將NO還原為N₂．已知：

則氮氣和水蒸氣反應生成氫氣和一氧化氮的熱化學方程式是N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665kJ•mol^-1
（2）在壓強為0.1Mpa條件，將a mol CO和3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下轉化為甲醇的反應如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
①該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$
②若容器容積不變，下列措施可增大甲醇產率的是B
A．升高溫度
B．將CH₃OH從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大
（3）某研究小組在實驗室研究某催化劑效果時，測得NO轉化為N₂的轉化率隨溫度變化情況如圖1

①若不使用CO，溫度超過775℃，發現NO的分解率降低，其可能的原因為NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應控制最佳溫度在870℃或相近溫度左右．
②用C_xH_y（烴）催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染．寫出C₂H₆與NO₂發生反應的化學方程式4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應生成一種氧化物Y，則該電極反應式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）根據能量變化圖，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量，據此書寫；
（2）①依據化學方程式和平衡常數概念書寫平衡常數表達式；
②增加甲醇產率需要平衡正向進行，依據平衡移動原理結合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；
（3）①分析圖象的曲線變化特征判斷，升高溫度，發現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；
②C₂H₆與NO₂發生反應生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，由此書寫化學方程式；
（4）燃料電池的負極上發生燃料失去電子的氧化反應，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

解答 解：（1）根據能量變化圖，則反應斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應共放出2797-2132=665kJ的熱量，熱化學方程式為：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1，所以氮氣和水蒸氣反應生成氫氣和一氧化氮的熱化學方程式是N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665 kJ•mol^-1，故答案為：N₂（g）+2H₂O（g）═2NO（g）+2H₂（g）△H=+665 kJ•mol^-1；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應的平衡常數為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②A．升高溫度，平衡逆向進行，甲醇產率減小，故A錯誤；                       
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進行，甲醇產率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，故C錯誤；     
故答案為：B；
（3）①升高溫度，發現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時，NO還原為N₂的轉化率為100%，
故答案為：NO分解反應是放熱反應，升高溫度不利于反應進行；870℃或相近溫度；
②C₂H₆與NO₂發生反應生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，所以化學方程式為4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O，故答案為：4C₂H₆+14NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$8CO₂+7N₂+12H₂O；
（4）燃料電池的負極上發生燃料失去電子的氧化反應，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

點評 本題考查了原電池原理、方程式的書寫、化學平衡常數、平衡移動等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．