碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用．请回答下列问题：（1）用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染．例如：CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ•mol-1CH4

Question

碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用．请回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若2mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为1734kJ，则△H₂=___；
（2）据报道，科学家在一定条件下利用Fe₂O₃与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁．其反应如下：
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）⇌2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H>0
①若反应在5L的密闭容器中进行，1min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量减少3.2g．则
该段时间内CO的平均反应速率为___．
②若该反应在恒温恒压容器中进行，能表明该反应达到平衡状态的是___（选填序号）
a．CH₄的转化率等于CO的产率
b．混合气体的平均相对分子质量不变
c．v（CO）与v（H₂）的比值不变
d．固体的总质量不变
③该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图1所示，当温度由T₁升高到T₂时，平衡常数K_A___ K_B（填“>”、“<”或“=”）．纵坐标可以表示的物理量有哪些___．

a．H₂的逆反应速率
b．CH₄的体积分数
c．混合气体的平均相对分子质量
d．CO的体积分数
（3）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷
（能传递H⁺ ）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率．电化学合成氨过程
的总反应式为：N₂+3H₂

一定条件

2NH₃，该过程中还原反应的方程式为___．
（4）若往20mL 0.0lmol•L^-l的弱酸HNO₂溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液，测得混合溶液的温度变化如图2所示，下列有关说法正确的是（　　）
①该烧碱溶液的浓度为0.02mol•L^-1
②该烧碱溶液的浓度为0.01mol•L^-1
③HNO₂的电离平衡常数：b点>a点
④从b点到c点，混合溶液中一直存在：c（Na⁺）>c（NO₂^-）>c（OH^-）>c（H⁺）
_4x
42221^-1
<sub>42222
4222
23
2342
23


4

2

12AB

2
4</sub>



⁺
₂₂

一定条件

2NH₃，该过程中还原反应的方程式为___．
（4）若往20mL 0.0lmol•L^-l的弱酸HNO₂溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液，测得混合溶液的温度变化如图2所示，下列有关说法正确的是（　　）
①该烧碱溶液的浓度为0.02mol•L^-1
②该烧碱溶液的浓度为0.01mol•L^-1
③HNO₂的电离平衡常数：b点>a点
④从b点到c点，混合溶液中一直存在：c（Na⁺）>c（NO₂^-）>c（OH^-）>c（H⁺）

一定条件

一定条件

一定条件 一定条件

₃
^-l₂
^-1
-1
₂
⁺₂^--+

Answer 1

（1）CH₄4（g）+4NO₂2（g）=4NO（g）+CO₂2（g）+2H₂2O（g）△H₁1=-574kJ•mol^-1-1 ①
CH₄4（g）+4NO（g）=2N₂2（g）+CO₂2（g）+2H₂2O（g）△H₂2 ②
根据盖斯定律得：2CH₄4（g）+4NO₂2（g）=2CO₂2（g）+4H₂2O（g）+2N₂2（g）△H₁1+△H₂2
而 1mol CH₄4还原NO₂2至N₂2，整个过程中放出的热量为867kJ，所以△H₁1+△H₂2=-1734kJ•mol^-1-1，则△H₂2=-1734kJ•mol^-1-1+574kJ•mol^-1-1=-1160 kJ•mol^-1-1，
故答案为：-1160kJ•mol^-1-1；
（2）①若反应在5L的密闭容器中进行，1min后达到平衡，测得Fe₂2O₃3在反应中质量减少3.2g的物质的量=(3.2g)/(160g/mol)=0.02mol，结合化学方程式，Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），计算反应的甲烷物质的量为0.06mol，则该段时间内CH₄的平均反应速率=((0.06mol)/(5L))/(1min)=0.012mol/（L•min）；
故答案为：0.012mol/（L•min）；
②a．CH₄的转化率与CO的产率与是否达到平衡状态无关，故a错误；
b．反应前后气体的物质的量和质量都不同，所以混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态，故b正确；
c、v（CO）与v（H₂）的比值始终不变，所以其不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d、固体的总质量不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
③Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H>0，反应是气体体积增大的吸热反应，升温平衡正向移动，平衡常数增大，K_A<K_B；
a．H₂的逆反应速率随温度的升高而增大，故a错误；
b．升温平衡正向移动，CH₄的体积分数减小，故b正确；
c．升温平衡正向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，故c正确；
d．升温平衡正向移动，CO的体积分数增大，故d错误；
故答案为：<；bc；
（3）阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（4）①HNO₂是弱酸，次氯酸电离是吸热反应，酸碱中和反应是放热反应，当恰好完全中和时放出热量最多，c（NaOH）=(0.020L×0.01mol/L)/(0.020L)=0.01mol/L；
故①错误，②正确；
③电离吸热，温度越高电离平衡常数越大，所以HNO₂的电离平衡常数：b点>a点，故③正确；
④从b点到c点，当C（NaOH）较大时，可能出现：c（Na⁺）>c（OH^-）>c（NO₂^-）>c（H⁺），故错误；
故答案为：②③． (3.2g)/(160g/mol)3.2g160g/mol3.2g3.2g3.2g160g/mol160g/mol160g/mol=0.02mol，结合化学方程式，Fe₂2O₃3（s）+3CH₄4（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂2（g），计算反应的甲烷物质的量为0.06mol，则该段时间内CH₄4的平均反应速率=((0.06mol)/(5L))/(1min)=0.012mol/（L•min）；
故答案为：0.012mol/（L•min）；
②a．CH₄的转化率与CO的产率与是否达到平衡状态无关，故a错误；
b．反应前后气体的物质的量和质量都不同，所以混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态，故b正确；
c、v（CO）与v（H₂）的比值始终不变，所以其不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d、固体的总质量不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
③Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H>0，反应是气体体积增大的吸热反应，升温平衡正向移动，平衡常数增大，K_A<K_B；
a．H₂的逆反应速率随温度的升高而增大，故a错误；
b．升温平衡正向移动，CH₄的体积分数减小，故b正确；
c．升温平衡正向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，故c正确；
d．升温平衡正向移动，CO的体积分数增大，故d错误；
故答案为：<；bc；
（3）阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（4）①HNO₂是弱酸，次氯酸电离是吸热反应，酸碱中和反应是放热反应，当恰好完全中和时放出热量最多，c（NaOH）=(0.020L×0.01mol/L)/(0.020L)=0.01mol/L；
故①错误，②正确；
③电离吸热，温度越高电离平衡常数越大，所以HNO₂的电离平衡常数：b点>a点，故③正确；
④从b点到c点，当C（NaOH）较大时，可能出现：c（Na⁺）>c（OH^-）>c（NO₂^-）>c（H⁺），故错误；
故答案为：②③． ((0.06mol)/(5L))/(1min)(0.06mol)/(5L)1min(0.06mol)/(5L)(0.06mol)/(5L)(0.06mol)/(5L)0.06mol5L0.06mol0.06mol0.06mol5L5L5L1min1min1min=0.012mol/（L•min）；
故答案为：0.012mol/（L•min）；
②a．CH₄4的转化率与CO的产率与是否达到平衡状态无关，故a错误；
b．反应前后气体的物质的量和质量都不同，所以混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态，故b正确；
c、v（CO）与v（H₂2）的比值始终不变，所以其不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d、固体的总质量不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
③Fe₂2O₃3（s）+3CH₄4（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂2（g）△H>0，反应是气体体积增大的吸热反应，升温平衡正向移动，平衡常数增大，K_AABB；
a．H₂2的逆反应速率随温度的升高而增大，故a错误；
b．升温平衡正向移动，CH₄4的体积分数减小，故b正确；
c．升温平衡正向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，故c正确；
d．升温平衡正向移动，CO的体积分数增大，故d错误；
故答案为：<；bc；
（3）阴极得电子发生还原反应：N₂2+6H⁺++6e^--=2NH₃3，故答案为：N₂2+6H⁺++6e^--=2NH₃3；
（4）①HNO₂2是弱酸，次氯酸电离是吸热反应，酸碱中和反应是放热反应，当恰好完全中和时放出热量最多，c（NaOH）=(0.020L×0.01mol/L)/(0.020L)=0.01mol/L；
故①错误，②正确；
③电离吸热，温度越高电离平衡常数越大，所以HNO₂的电离平衡常数：b点>a点，故③正确；
④从b点到c点，当C（NaOH）较大时，可能出现：c（Na⁺）>c（OH^-）>c（NO₂^-）>c（H⁺），故错误；
故答案为：②③． (0.020L×0.01mol/L)/(0.020L)0.020L×0.01mol/L0.020L0.020L×0.01mol/L0.020L×0.01mol/L0.020L×0.01mol/L0.020L0.020L0.020L=0.01mol/L；
故①错误，②正确；
③电离吸热，温度越高电离平衡常数越大，所以HNO₂2的电离平衡常数：b点>a点，故③正确；
④从b点到c点，当C（NaOH）较大时，可能出现：c（Na⁺+）>c（OH^--）>c（NO₂2^--）>c（H⁺+），故错误；
故答案为：②③．