Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二”五期间，将二氧化硫(SO₂)排放量减少8%，氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。

（1）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           。

（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下可将SO₂转化为SO₄^2-，从而实现对SO₂的治理。已知含SO₂的废气通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，则另一反应的离子方程式为                                  。

浓度/mol·L^－^1 时间/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
10	0.58	0.21	0.21
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

（3）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) 。某研究小组向密闭的真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计）加入NO和足量的活性炭，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：

①10min~20min以v(CO₂) 表示的平均反应速率为                        。

②根据表中数据，计算T₁℃时该反应的平衡常数为    　　    （保留两位小数）。

③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率       （填“增大”、“不变”或“减小”） 。

④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是    　　　    （填序号字母）。

A．容器内压强保持不变

B．2v_正(NO) = v_逆(N₂)

C．容器内CO₂的体积分数不变

D．混合气体的密度保持不变

⑤30min末改变某一条件，过一段时间反应重新达到平衡，则改变的条件可能是           。请在图中画出30min至40min 的变化曲线。

Answer

(1) CH4(g)+2NO2(g) = N2(g) + CO2(g) +2H2O(l) ⊿H= -955 kJ·mol－1（2分）

(2) 2Fe3+ + SO2+ 2H2O = 2Fe2++ SO42- + 4H+ (2分)

(3) ① 0.009 mol·L－1·min－1（2分）

② K=0.56（2分） ③不变（2分）

④ C、D（2分） ⑤减小 CO2 的浓度（1分）

（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律得（①+②+③×4）÷2即为所求，答案是CH4(g)+2NO2(g) = N2(g) + CO2(g) +2H2O(l) ⊿H= -955 kJ·mol－1；

（2）根据题意可知，另一个离子方程式应是铁离子氧化二氧化硫的方程式，答案为2Fe3+ + SO2+ 2H2O = 2Fe2++ SO42- + 4H+

（3）①10min~20min之间CO2 的浓度增大了0.9mol/L，所以以v(CO2) 表示的平均反应速率为0.9mol/L/10min=0.009 mol·L－1·min－1

②反应进行到20min时达平衡，则T1℃时该反应的平衡常数为K=0.3×0.3/0.42=0.56

③恒温恒容条件下，无论NO的浓度如何变化，达到的平衡与原平衡均是等效平衡，所以NO转化率不变

④A、该反应属于反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，所以恒容时压强一直不变，不能判定是否达平衡状态，错误；B、NO的反应速率是N2的反应速率的2倍，错误；C、达到平衡时各物质的量不再变化，所以CO2的体积分数不变，正确；D、恒容条件下，有固体参与的可逆反应中，气体的密度不变的状态是平衡状态，正确。答案选CD。

⑤由图像分析，NO的浓度减小说明平衡逆向移动，N2的浓度增大，CO2的浓度却减小，所以改变的可能条件是减小了的CO2量，对应的反应速率小于原平衡时的速率，在原速率的线下方画一条逐渐上升的曲线即可。

考点：考查盖斯定律的应用，离子方程式的书写，化学平衡中化学反应速率、平衡常数的计算、平衡状态的判断、等效平衡的判断、平衡图像的分析