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%，CO₂的排放量也要大幅减少．
Ⅰ．处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原NO_x．
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
CH₄（g）+2NO₂ （g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ?mol^-1
则△H₂=

 

．
Ⅱ．化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO₂是大气中SO₂的主要来源．
（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
①该反应的化学平衡常数表达式为：K=

 

．
②800℃时，将1molCO、3mol H₂O、1mol H₂充入容积为1L的容器中，发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定时间后达到平衡时，测得容器中CO₂浓度为0.5mol?L^-1，则CO的转化率为

 

，800℃时该反应的平衡常数为

 

．
（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应

 

．
②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是：

 

．
Ⅲ．以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄ 通过反应CO₂（g）+CH₄（g）?CH₃COOH（g）直接转化成乙酸．在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示．由图可以得出的结论是（写两条）：

 

、

 

Answer 1

考点：热化学方程式,用化学平衡常数进行计算

专题：

分析：Ⅰ．依据已知热化学方程式，根据盖斯定律，利用“加合法”计算；
Ⅱ．（1）①依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数；
②依据化学平衡三段式列式计算平衡时各物质浓度，据转化率=

消耗量

起始量

×100%K=

生成物浓度系数幂次方

反应物浓度系数幂次方

求算；
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反应，分离出氢气有利于平衡正向移动；
Ⅲ、据图分析，在100℃至250℃之间，随温度升高，催化剂的催化效率增强，乙酸的生成速率加快，250℃至300℃，催化剂的催化效率降低，乙酸生成速率减慢．

解答： 解：Ⅰ．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ?mol^-1
由盖斯定律可知②=③×2-①，因此△H₂=2×-867kJ?mol^-1-（-574kJ?mol^-1）=-1160kJ?mol^-1，
故答案为：-1160kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

[CO]?[H2]

[H2O]

，
故答案为：

[CO]?[H2]

[H2O]

；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 1       3                 1
转化量（mol/L）0.5      0.5      0.5      0.5
平衡量（mol/L）0.5      2.5      0.5      1.5
CO的转化率=

消耗量

起始量

×100%=

0.5mol

1mol

×100%=50%；
K=

1.5×0.5

0.5×2.5

=0.6，
故答案为：50%；0.6；
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反应方程式为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行，故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；Ⅲ、据图分析，在100℃至250℃之间，随温度升高，催化剂的催化效率增强，乙酸的生成速率加快，250℃至300℃，催化剂的催化效率降低，乙酸生成速率减慢，
故答案为：其他条件不变，100-250℃之间，温度升高，催化剂的催化效率升高；其他条件不变，100-250℃之间，温度升高，乙酸的生成速率加快．

点评：本题主要考查了盖斯定律的应用、化学平衡的计算、离子方程式书写、据图分析问题，题目难度中等．