Question

二氧化硫和氮氧化物(NO_x)对大气污染日趋严重，研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题，目前有很多种方法消除大气污染。

（1）可利用甲烷催化还原NO_x的方法处理NO_x ，反应如下：

CH₄(g)+4NO₂(g) ＝ 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝ －574 kJ·mol­^－1

CH₄(g)+4NO(g) ＝ 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝ －1160 kJ·mol^－1

则CH₄(g)+2NO₂(g) ＝ N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝           ；

（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)；△H＜0。

若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，15分钟后达到平衡，反应过程中各物质的浓度变化如图甲所示，则平衡常数K=      (小数点后保留3位)；

①若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO气体0.6mol，平衡将     移动(填“向左”、“向右”或“不”)；

②若保持温度不变，20min时向原平衡容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将       移动(填“向左”、“向右”或“不”)；

③20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是          

(填字母)；

A．加入催化剂          B．降低温度           C．缩小容器体积        D．增加CO₂的量

（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2－，从 而实现对SO₂的处理(总反应为2SO₂+O₂+2H₂O＝2H₂SO₄)。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                               ；

 

Answer 1

【答案】

（1）△H=－867 kJ·mol^–1  (3分)

（2）K=0.035(或带单位：L/mol)(3分)；向右、不移动； B(各2分)

（3）2Fe³⁺+SO₂+2H₂O＝2Fe²⁺+SO₄^2－+4H⁺(3分)

【解析】

试题分析：（1） 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；

依据盖斯定律计算①+ ②得到：CH₄(g) + 2NO₂(g) = N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)   △H= –867 kJ·mol^–1；

故答案为：△H= –867 kJ·mol^–1；

（2）依据图象分析，15min时达到平衡时N₂浓度为0.2mol·L^–1，NO平衡浓度为1.6mol·L^–1，CO浓度为0.6 mol·L^–1，CO₂浓度为0.4 mol·L^–1，反应2NO(g) + 2CO(g)  N₂(g) + 2CO₂(g)的平衡常数。故答案为：0.035。①若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO气体0.6mol，此时c(CO) = 1.2 mol·L^–1，而生成物浓度不变，根据平衡移动原理，平衡将正反应方向移动。②若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，浓度分别为c(NO)=1.6 mol·L^–1，c(CO)=0.6 mol·L^–1 + 0.6 mol·L^–1 = 1.2 mol·L^–1，c(N₂) = 0.2 mol·L^–1 + 0.6 mol·L^–1 = 0.8 mol·L^–1，c(CO₂) = 0.4 mol·L^–1；，平衡不动。③如图甲所示，20min时，改变反应条件，导致反应速率减小，氮气浓度增大，平衡正向移动。加入催化剂，平衡不移动，A不合题；反应是气体体积减小的放热反应，降温可使平衡正向移动，氮气浓度增大，B符合题意；缩小容器体积虽然可使平衡正向移动，但改变条件的瞬间，N₂浓度增大，与图中描绘的情况不符，C不合题意；增加CO₂的量，平衡逆向移动，N₂浓度减小，D也不合题。故答案为：B。

（3） 总反应的离子方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O＝4H⁺ + 2SO₄^2－，总反应减去反应4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ ＝4Fe³⁺ + 2H₂O即得另一离子方程式：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O＝2Fe²⁺+SO₄^2－+4H⁺。

考点：本题考查热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析，平衡常数的计算方法，平衡移动原理的应用，离子方程式的书写。