Question

【題目】目前，人們對環境保護、新能源開發非常重視。

(1)已知:①CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=-860.0kJmol1

②2NO2(g)N2O4(g)ΔH2=-66.9kJmol1

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2、H2O(g)和CO2的熱化學方程式_____________。

(2)用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發生反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH，在t1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的物質的量濃度如下：

①根據表中數據分析，t1℃時，該反應在0~20min的平均反應速率v(NO)=_____________，該反應的平衡常數K=_____________。

②30min時,只改變某一條件，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是_____________(填字母代號)。

A.適當縮小容器的體積B.加入合適的催化劑

C.加入一定量的活性炭D.通入一定量的NO

③若30min后升高溫度至t2℃,達到平衡時,容器中NO、N2、CO的濃度之比為5∶3∶3,則達到新平衡時NO的轉化率_____________(填“升高”或“降低”);ΔH_____________0(填“>”或“<”)。

(3)①已知在一定溫度下，反應2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)ΔH=159.5kJmol1，在2L恒容密閉容器中充入2molNH3和1molCO2，到達平衡時放出127.6kJ的熱量，此時，c(NH3)為_____________。

②有一種可充電電池NaAl/FeS,電池工作時Na+的物質的量保持不變,并且是用含Na+的導電固體作為電解質,已知該電池負極電極反應式為Nae=Na+,則正極反應式為____________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-793.1kJmol-1 0.03mol·L1·min1 0.56 AD 降低 ＜ 0.2mol·L-1 2Na++FeS+2e-=Na2S+Fe

【解析】

(1)CH4還原N2O4的化學方程式為CH4+N2O4=N2+2H2O+CO2，根據蓋斯定律①-②得到CH4催化還原N2O4(g)生成N2、H2O(g)和CO2的熱化學方程式；

(2)①分析圖表數據，根據v=△c/△t計算得到反應速率，根據K= c（N2）×c（CO2）/ c2（NO）計算平衡常數K；

②該反應是氣體體積不變的反應，依據圖表數據分析，平衡狀態各物質濃度均增大，平衡常數不變說明改變的條件可能是減小容器體積或加入一定量一氧化氮；

③若30min后升高溫度至t2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比從為5:3:3，氮氣和二氧化碳濃度之比始終為1:1，所以5:3>4:3，說明平衡向逆反應方向移動；

(3)①由反應2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s) △H=-159.5kJ/mol可知：2molNH3反應放出159.5kJ熱量，則有1.6molNH3反應放出127.6kJ熱量；

②原電池的電極材料Na-Al/FeS，負極材料為Na，電極反應式為Na-e-=Na+，電池工作時Na+的物質的量保持不變，則正極FeS得到電子結合Na+生成Na2S和Fe。

(1)由蓋斯定律①②得到CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=(860.0kJ/mol)(66.9kJ/mol)=793.1kJ/mol，所以熱化學方程式為：CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=793.1kJ/mol，故答案為：CH4(g)+N2O4(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=793.1

kJ/mol；

(2)①020min內，NO的平均反應速率v（NO）=(1.00.4)mol·L-1/20min=0.03molL1min1，C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的平衡濃度

c（N2）=c（CO2）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反應的平衡常數：K= c（N2）×c（CO2）/ c2（NO）=0.3×0.3/0.42=0.56，故答案為：0.03mol·L1·min1；0.56；

②A. 適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態物質濃度同比增大，A正確；

B. 加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，B錯誤；

C. 加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，C錯誤；

D. 通入一定量的NO，達到新平衡狀態時，各物質平衡濃度均增大，D正確；故答案為：AD；

③若30min后升高溫度至t2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比從為5:3:3，氮氣和二氧化碳濃度之比始終為1:1，因5:3>4:3，說明平衡向逆反應方向移動，達到新平衡時NO的轉化率降低，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故答案為：降低；<；

(3)①反應2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s) ΔH=159.5kJ·mol-1可知：2molNH3反應放出159.5kJ熱量，則有1.6molNH3反應，剩余NH3是(2mol1.6mol)=0.4mol，濃度為0.2mol/L，故答案為：0.2mol/L；

②原電池的電極材料NaAl/FeS，負極材料為Na，電極反應式為Nae=Na+，電池工作時Na+的物質的量保持不變，則正極FeS得到電子結合Na+生成Na2S和Fe，所以電極反應式為：2Na++FeS+2e-=Na2S+Fe，故答案為：2Na++FeS+2e-=Na2S+Fe。