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(NO_x)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

②CH₄(g) + 4NO(g) = 2_N2(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)△H =－1160 kJ/mol

③H₂O(g) = H₂O(l) △H =－44.0 kJ/mol

写出 CH₄(g)与 NO₂(g)反应生成 N₂(g)、CO₂(g)和 H₂O(l)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__________。

（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，在恒温(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)	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

①10～20 min 以υ(N₂)表示的反应速率为__________。

②该反应的平衡常数表达式  K=________。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)。

A．混合气体的密度保持不变

B．υ正(NO) = 2υ逆(CO₂)

C．容器内压强保持不变

D．容器内 N₂ 的体积分数保持不变

Answer

（1）CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1

（2）2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+；

（3）①0.009 mol•L-1•min-1；

②，0.56；

③不变；④ABD。

【解析】

试题分析：（1） ①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-l，②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2 O（g）△H=-1160kJ•mol-l，③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-l，依据盖斯定律计算[①+②-③×4]×得到CH4（g）与NO2（g）反应生成N2（g）、CO2（g）和H2O（l）的热化学方程式：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1；故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJ•mol-1

（2） 常温下将SO2转化为SO42-而实现SO2的处理．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三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根离子，反应的离子方程式为：2Fe3++SO2+2H20=2Fe2++SO42-+4H+，故答案为：2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+；

（3）① 10min～20min以v（CO2） 表示的反应速率==0.009 mol•L-1•min-1，故答案为：0.009 mol•L-1•min-1；

②20-30min反应达到平衡状态，C（s）+2NO（g）N2 （g）+CO2 （g），各物质的平衡浓度为：c（CO2）=c（N2）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反应的平衡常数为：K===0.56，故答案为：，0.56；

③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）反应是气体体积不变的反应；增大一氧化氮浓度相当于增大体系压强，平衡不移动，一氧化氮转化率不变，故答案为：不变；

④C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）反应是气体体积不变的反应；A．混合气体密度等于质量除以体积，反应中碳是固体，平衡移动气体质量变化，体积不变，所以混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡，故A正确；B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v正（NO）=2v逆（N2），反应达到平衡，故B正确；C．反应是气体体积不变的反应，反应过程中和反应平衡状态压强相同，所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡，故C错误；D．容器内N2的体积分数不变，说明反应达到平衡，故D正确；故选ABD。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、二氧化硫的化学性质、化学反应速率和化学平衡

【名师点晴】本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用、二氧化硫的化学性质、速率计算、化学平衡常数、化学平衡状态的判断、化学平衡移动，涉及的知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力。