(15分)随着氮氧化物污染的日趋严重,国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前,消除氮氧化物污染有多种方法。
(1)用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2 (g) △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度/mol·L-1 时间/min | NO | N2 | CO2 |
0 | 0.100 | 0 | 0 |
10 | 0.058 | 0.021 | 0.021 |
20 | 0.040 | 0.030 | 0.030 |
30 | 0.040 | 0.030 | 0.030 |
40 | 0.032 | 0.034 | 0.017 |
50 | 0.032 | 0.034 | 0.017 |
②30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是 。
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则该反应的△H 0(填“>”、“ =”或“<”)。
(2)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160 kJ·mol-1
③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0 kJ·mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式 。
(3)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示,在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y,有关电极反应可表示为 。
(1)①0.56 ②减小CO2的浓度(合理答案均可) ③<
(2)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-955 kJ·mol-1
(3)NO2+NO3--e-=N2O5
(1)①根据表中数据可知,反应进行到20min是气体物质的浓度不再发生变化,所以平衡常数=
②30min→4min时NO和CO2浓度减小,氮气的浓度增大,所以改变的条件是减小CO2的浓度。
③容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,说明升高温度反应物的浓度增大,因此反应向逆反应方向移动,即正反应是放热反应。
(2)考查盖斯定律的应用,(①+②)÷2+③×2即得到CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),所以反应热是(-574 kJ·mol-1-1160 kJ·mol-1)÷2-44.0 kJ·mol-1×2=-955 kJ·mol-1。
(3)根据装置图可知,Y是在石墨I生成的,而石墨I通入的是NO2,所以是负极,失去电子,因此反应式为NO2+NO3--e-=N2O5。