Question

（2011?南京三模）隨著氮氧化物污染的日趨嚴(yán)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(guān)反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)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(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.56

（保留兩位小數(shù)）．
②30min后，改變某一條件，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)生成N₂ （g）、CO₂ （g）和H₂O（1）的熱化學(xué)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(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)電極反應(yīng)
可表示為

NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅

．

Answer 1

分析：（1）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)計算分析判斷；
③依據(jù)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(jié)合平衡移動原理判斷反應(yīng)熱量變化；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（3）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價判斷生成氧化物N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；

解答：解：（1）①平衡狀態(tài)物質(zhì)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(yīng)重新達到平衡，依據(jù)平衡常數(shù)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(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度減小，反應(yīng)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(shù)據(jù)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(yīng)方向進行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；反應(yīng)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(jù)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(yīng)生成一種氧化物Y，二氧化氮在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價升高為+5價，氧化物為N₂O₅，反應(yīng)的電極反應(yīng)為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；

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