Question

【題目】（1）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為

①CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－574 kJ·mol－1

②CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－1 160 kJ·mol－1

則甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為___________________________。

（2）氫氣不僅是新能源，也是重要的化工原料。氫氣可由甲烷制備：CH4（g）＋H2O（l）===CO（g）＋3H2（g） ΔH＝＋250.1 kJ·mol－1，已知298 K時，CH4（g）、CO（g）的燃燒熱分別為890 kJ·mol－1、283 kJ·mol－1。寫出氫氣燃燒熱的熱化學方程式_______________________________。

（3）如下圖所示表示的是NO2和CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式：____________________________________。

Answer 1

【答案】CH4(g)＋2NO2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g) ΔH＝－867 kJ·mol－1 H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.7 kJ·mol－1 NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－234 kJ· mol－1

【解析】

（1）根據蓋斯定律書寫NO2還原為N2的熱化學方程式；

（2）氫氣的燃燒熱是1mol氫氣燃燒生成液態水放出的能量；

（3）根據圖示，NO2和CO反應生成CO2和NO放出能量是368-134=234 kJ；

（1）①CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－574 kJ·mol－1 ②CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－1 160 kJ·mol－1，根據蓋斯定律①+②得CH4(g)＋2NO2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g) ΔH＝－867 kJ·mol－1；

（2）①CH4（g）＋H2O（l）===CO（g）＋3H2（g） ΔH＝＋250.1 kJ·mol－1，

根據298 K時，CH4（g）、CO（g）的燃燒熱分別為890 kJ·mol－1、283 kJ·mol－1，可知

② CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－890 kJ·mol－1

③CO（g）+ O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283 kJ·mol－1；

根據蓋斯定律②-① -③得氫氣燃燒熱的熱化學方程式H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.7 kJ·mol－1；

（3）根據圖示，NO2和CO反應生成CO2和NO放出能量是368-134=234 kJ，熱化學方程式是NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－234 kJ· mol－1。