Question

1．運用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對緩解環(huán)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(yīng)生成氫氣和一氧化氮的熱化學(xué)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(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖1

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應(yīng)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(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)生成一種氧化物Y，則該電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，則反應(yīng)斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應(yīng)共放出2797-2132=665kJ的熱量，據(jù)此書寫；
（2）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式；
②增加甲醇產(chǎn)率需要平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理結(jié)合反應(yīng)特征是氣體體積減小的放熱反應(yīng)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(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，該反應(yīng)放熱；
②C₂H₆與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，由此書寫化學(xué)方程式；
（4）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

解答 解：（1）根據(jù)能量變化圖，則反應(yīng)斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應(yīng)共放出2797-2132=665kJ的熱量，熱化學(xué)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(yīng)生成氫氣和一氧化氮的熱化學(xué)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(yīng)的平衡常數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，該反應(yīng)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(zhuǎn)化率為100%，
故答案為：NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進行；870℃或相近溫度；
②C₂H₆與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，所以化學(xué)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(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，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(xué)平衡常數(shù)、平衡移動等，題目涉及的知識點較多，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．