Question

(14分)2014年10月初，霧霾天氣多次肆虐河北、天津、北京等地區(qū)。其中，燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一。

（1）汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g) 2CO₂(g)+ N₂(g)�！鱄＜0

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式                                                            。

②若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是                                    （填代號(hào)）。

（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染。

已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)  △H＝－867 kJ/mol

2NO₂(g)N₂O₄(g)   △H＝－56.9 kJ/mol

H₂O(g) ＝ H₂O(l)   ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

寫出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的熱化學(xué)方程式：                             。

（3）在一定條件下，也可以用NH₃處理NO_x。已知NO與NH₃發(fā)生反應(yīng)生成N₂和H₂O，現(xiàn)有NO和NH₃的混合物1mol，充分反應(yīng)后得到的還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多1.4 g，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量可能是_____________。

（4）以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。則2 molCH₄與足量H₂O（g）反應(yīng)最多可生成_______mol H₂，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________________。

 (5)上述方法制得的H₂可以和CO在一定條件下合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及許多烴類物質(zhì)。當(dāng)兩者以物質(zhì)的量1:1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，合成的物質(zhì)可能是                      。

a.汽油        b.甲醇            c.甲醛            d.乙酸

 

Answer 1

【答案】

（1）①K＝（2分） ②bd  （2分）

（2）CH₄(g)+N₂O₄(g)＝N₂(g) +2H₂O(l) + CO₂(g) △H＝—898.1kJ/mol （2分）

（3）0.3mol或0.8mol（2分）

（4）8 mol （2分） CH₄（g）+2 H₂O（g）＝ CO₂（g）+4H₂（g）（2分） （5）c（2分）

【解析】

試題分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，因此根據(jù)反應(yīng)式2NO(g) + 2CO(g) 2CO₂(g)+ N₂(g)可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝。

②a、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；b、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖象與實(shí)際符合，故b正確；c、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；d、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小。t₁時(shí)刻N(yùn)O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，不再發(fā)生變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故d正確，答案選bd。

（2）根據(jù)反應(yīng)①CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　 △H＝－867 kJ/mol、

②2NO₂(g)N₂O₄(g)   △H＝－56.9 kJ/mol、③H₂O(g) ＝ H₂O(l)   △H ＝ －44.0 kJ／mol并依據(jù)蓋斯定律可知，①－②＋③×2即得到反應(yīng)CH₄(g)+N₂O₄(g)＝N₂(g) +2H₂O(g) + CO₂(l) ，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝－867 kJ/mol＋56.9 kJ/mol－44.0 kJ／mol×2＝—898.1kJ/mol。

（3）氨氣與NO反應(yīng)的化學(xué)方程式為6NO＋4NH₃=5N₂＋6H₂O，其中氨氣是還原劑，NO是氧化劑，則氮?dú)饧仁茄趸�產(chǎn)物，也是還原產(chǎn)物，還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多1mol，質(zhì)量是28g，則

6NO＋4NH₃=5N₂＋6H₂O    還原產(chǎn)物比氧化產(chǎn)物多

6mol  4mol                       28g

0.3mol 0.2mol                      1.4g

所以如果NO過量，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量是1.0mol－0.2mol＝0.8mol

如果氨氣過量，則原反應(yīng)混合物中NO的物質(zhì)的量是0.3mol

（4）CH₄與足量H₂O（g）反應(yīng)要產(chǎn)生最多的氫氣，則為生成物應(yīng)該是氫氣和CO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₄（g）+2 H₂O（g）＝ CO₂（g）+4H₂（g），.所以2mol甲烷與足量水蒸氣反應(yīng)最多生成8mol氫氣。

（5）當(dāng)H₂和CO以物質(zhì)的量1:1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%時(shí)，根據(jù)原子守恒可知生成物的化學(xué)式應(yīng)該是CH₂O，該物質(zhì)是甲醛，答案選c。

考點(diǎn)：考查平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)的判斷；蓋斯定律的應(yīng)用；氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算；綠色化學(xué)的應(yīng)用