Question

【題目】燃煤和汽車尾氣是造成空氣污染的原因之一，霧疆天氣肆虐給人類健康帶來了嚴重影響，化學在解決霧霾污染中發揮了重要作用。

(1)煤燃燒產生的煙氣中含有氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。

己知：

CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867 kJ·mol-1

2NO2(g) N2O4(g) △H=-56.9kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1

①寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的熱化學方程式________________。

②反應CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)在恒溫恒容容器中達到平衡，下列敘述不能作為判斷該反應達到平衡狀態標志的是___________。

A.容器中的壓強不變 B.混合氣體的密度不變

C.2v正(NO2)= v 逆(N2) D.c(CH4)= c(N2)

(2)CO、CO2 是火力發電廠及汽車尾氣的主要成分，為減少對環境造成的影響，采用以下方法將其資源化利用。

①以CO 為電極燃料，以熔融K2CO3為電解質，和O2組成燃料電池。請寫出該電池的負極電極反應式_____________________。

②在鋁礬土作催化劑、773K條件下，3molCO與1.5molSO2反應生成3molCO2和0.75mol硫蒸氣，該反應可用于從煙道氣中回收硫，寫出該反應的化學方程式_______________。

③在汽車的排氣管上增加一個補燃器，并不斷補充O2使其濃度保持為4.0×10-4mol·L-1，發生反應2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)。某溫度下測得汽車尾氣中CO、CO2 氣體的濃度分別為2.0×10-6 mol·L-1、4.0×10-4 mol·L-1，則該條件下反應的平衡常數K=___________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-898.1kJ·mol-1 CD CO-2e-+CO32-=2CO2 4CO+2SO24CO2+S2 1.0×108L·mol-1

【解析】

（1）①CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ·mol-1；

②2NO2(g) N2O4(g) △H=-56.9kJ·mol-1；③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1，蓋斯定律可知，由①-②+③×2即CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(l)熱化學方程式，

CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-898.1kJ·mol-1；②反應CH4(g)+ 2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)，A.由于反應前后壓強不同，當容器中的壓強不變即反應達到平衡，B.由氣體質量有變化、容積不變，則混合氣體的密度不變能說明應達到平衡，C. v正(NO2)/v逆(N2)=1/2，不等于計算數之比，不能說明應達到平衡，D.c(CH4)=c(N2)不一定達到平衡，故答案選CD。

（2）①CO在負極失去電子，與碳酸根離子結合生成二氧化碳，負 極電極反應式為：CO-2e-+CO32-=2CO2；②由物質的量之比等于計算量數之比，根據質量守恒可寫出此反應：4CO+2SO2 4CO2+S2；③該條件下反應的平衡常數K=c2(CO2)/ c2(CO) c(O2)=( 4.0×10-4)2/( 2.0×10-6)2( 4.0×10-4)= 1.0×108L·mol-1。