研究氮及其化合物具有重要意义。请回答下列问题:(1)脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为:2NH3(g) +NO(g) +NO2(g)2N2(g

研究氮及其化合物具有重要意义。请回答下列问题:(1)脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为:2NH3(g) +NO(g) +NO2(g)2N2(g

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研究氮及其化合物具有重要意义。请回答下列问题:
(1)脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为:
2NH3(g) +NO(g) +NO2(g)2N2(g) +3H2O(g) △H<0,反应的氧化剂是________________。
(2)巳知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g)N2O4(g) △H<0,现将一定量的混合气体通入一恒温密闭容器中反应,浓度随时间变化关系如图所示。则图中两条曲线X和Y,表示N2O4浓度变化的是____,b、c、d三点的化学反应速率大小关系是______;25min时,曲线发生图中变化,可采取的措施是_________。

(3)25时,将NH3溶于水得100 mL0.1 mol • L1的氨水,测得pH=11,则该条件下,NH3 • H2O的电离平衡常数Kb=_______。
(4)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180kJ/mol;
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H=-112kJ/mol;
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol;
C(s)+O2(g)=CO2 (g) △H=-393.5kJ/mol。
则反应4CO(g)+2NO2(g)=4CO2 (g)+ N2(g) △H=________。
(5)用电化学法可获得N2O5。如图装置中,阳极的电极反应式为:N2O4+2HNO3-2e=2N2O5+2H,则该电解反应的化学方程式为________________。

答案
(每空2分,共14分)(1)NO和NO2  (2)Y;(c)=(d)>(b);增大NO2的浓度
(3)×10-3mol/L(少单位扣1分) (4)-1200kJ/mol(少单位扣1分,少“-”扣1分)
(5)N2O4+2HNO32N2O5+H2
解析

试题分析:(1)根据反应的方程式可知,氨气中氮元素的化合价从-3价升高到0价,失去3个电子,因此氨气是还原剂。NO和NO2中氮元素的化合价分别从+2价和+4价降低0价,得到2个和4个电子,因此氧化剂是NO和NO2
(2)由图可知10~25min平衡状态时,X表示的生成物的浓度变化量为(0.6-0.2)mol/L=0.4mol/L,Y表示的反应物的浓度变化量为(0.6=0.4)mol/L=0.2mol/L。即X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍,所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线,Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线;由图可知,10~25min及30min之后X、Y的物质的量不发生变化,则相应时间段内的点处于化学平衡状态,因此c和d点的反应速率相等。25min后NO2和N2O4的浓度增大,因此反应速率增大,即b、c、d三点的化学反应速率大小关系是(c)=(d)>(b);根据图像可知,25min时NO2的浓度瞬间增大,而N2O4的浓度逐渐增大,所以25min时,曲线发生图中变化,可采取的措施是增大NO2的浓度。
(3)氨水溶液中测得pH=11,因此溶液中c(OH)=0.001mol/L,则根据电离方程式NH3·H2OOH+NH4可知,溶液中c(NH4)=0.001mol/L,则溶液中c(NH3·H2O)=0.1mol/L-0.001mol/L,所以该温度下氨水的电离常数Kb=×10-3mol/L。
(4)已知反应①:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180kJ/mol;②:2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H=-112kJ/mol;③:2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221kJ/mol;④:C(s)+O2(g)=CO2 (g) △H=-393.5kJ/mol,依据盖斯定律可知,(④×2-③)×2-①-②即得到反应式4CO(g)+2NO2(g)=4CO2 (g)+ N2(g),所以该反应的反应热△H=(-393.5kJ/mol×2+221kJ/mol)×2-180kJ/mol+112kJ/mol=-1200kJ/mol。
(5)电解池中阳极失去电子,发生氧化反应。阴极得到电子,发生还原反应。则阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,阳极是N2O4失去电子生成N2O5,所以总的反应式是N2O4+2HNO32N2O5+H2↑。
举一反三
高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为:
Fe2O3(s)+3CO(g)⇌2Fe(s)+3CO2(g) △H
(1)已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) △H1="+489.0" KJ·mol-1
②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5KJ·mol-1
则△H=   KJ•mol-1
(2)高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=   ,温度升高后,K值   (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(3)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
 
Fe2O3
CO
Fe
CO2
甲/mol
1.0
1.0
1.0
1.0
乙/mol
1.0
2.0
1.0
1.0
 
①甲容器中CO的平衡转化率为   
②下列说法正确的是   (填字母)。
A.当容器内气体密度恒定,表明反应达到平衡状态
B.甲容器中CO的平衡时的速率小于乙容器中CO平衡时的速率
C.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为3:2  
D.增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率
(4)汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,一种CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在高温熔融状态下能传导O2(过程中无气体产生),则负极的反应式为   
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天然气(以甲烷计)在工业生产中用途广泛。
Ⅰ.在制备合成氨原料气H2中的应用
(1)甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下:
CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)    ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g)  CO2(g) +4H2(g)   ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是        
(2)CO变换反应的汽气比(水蒸气与原料气中CO物质的量之比)与CO平衡变换率
(已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比)的关系如下图所示:

汽气比与CO平衡变换率的关系
析图可知:
① 相同温度时,CO平衡变换率与汽气比的关系是     
② 汽气比相同时,CO平衡变换率与温度的关系是     
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),则CO变换反应的平衡常数表示式为:Kp=        。随温度的降低,该平衡常数      (填“增大”“减小”或“不变”)。
Ⅱ.在熔融碳酸盐燃料电池中的应用
以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下:

(1)外电路电子流动方向:由  流向   (填字母)。
(2)空气极发生反应的离子方程式是    
(3)以此燃料电池为电源电解精炼铜,当电路有0.6 mol e转移,有     g 精铜析出。
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下列有关说法正确的是  
A.催化剂通过降低化学反应的焓变加快化学反应速率
B.铅蓄电池充电时.标有“一”的电极应与电源的负极相连
C.温度保持不变.向水中加入钠盐对水的电离一定没有影响
D.向醋酸钠溶液中加水稀释时.溶液中所有离子浓度都减小

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在高温高压下CO具有极高的化学活性,能与多种单质或化合物反应。
(1)若在恒温恒容的容器内进行反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有           。(填字母)
a.容器内的压强保持不变            b.容器中H2浓度与CO浓度相等
c.容器中混合气体的密度保持不变    d.CO的生成速率与H2的生成速率相等
(2)CO一空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O。该电池负极的电极反应式为              。
(3)一定条件下,CO与H2可合成甲烷,反应方程式为:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+ H2O (g)
①一定条件下,该反应能够自发进行的原因是              。
②已知H2(g)、CO(g)和 CH4(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1、283.0 kJ·mol-1和890,0 kJ·mol-1
写出CO与H2反应生成CH4和CO2的热化学方程式:                  。
(4)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,反应方程式为:                           
CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)   △H=-29.1 kJ·mol-1
科研人员对该反应进行了研究.部分研究结果如下:

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率"看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是            。
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是            。
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发展“碳一化学”,开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值。下面是以焦炭为原料,经“碳一化学”途径制取乙二醇的过程:

(1)该过程中产生的的CO可继续与水蒸气发生可逆反应得到CO2和H2,此反应的平衡常数表达式K =____________。
(2)CH3OH(l)气化时吸收的热量为27 kJ/mol,CH3OH(g)的燃烧热为677 kJ/mol,请写出CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式_________________。
(3) “催化还原”反应制乙二醇原理如下:
CH3OOC-COOCH3(g)+4H2(g)  HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g) △H =" -34" kJ/mol
为探究实际生产的最佳条件,某科研小组进行了多方面研究。下图表示乙二醇达到平衡时的产率随原料投料比[n(氢气)/n(草酸二甲酯)]和压强的变化关系,其中三条曲线分别表示体系压强为1.5 MPa、2.5 MPa、3.5 MPa的情况,则曲线甲对应的压强是P(甲)=___________。

(4)草酸二甲酯水解产物草酸(H2C2O4)为二元中强酸
① 草酸氢钾溶液中存在如下平衡:
H2OH++OH-、HC2O4-H++C2O42-           
② 向0.1 mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性,此时溶液里各粒子浓度关系正确的是          (填序号)。
a.c(K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-)
b.c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) + c(C2O42-)
c.c(Na+) = c(H2C2O4) + c(C2O42-)
d.c(K+) > c(Na+)   
(5)以甲醇为原料,使用酸性电解质构成燃料电池,该燃料电池的负极反应式为              ;若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇,向外界提供相等电量,则每代替32 g甲醇,所需标准状况下的甲烷的体积为              L。
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