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                                  。

（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：

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

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

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            。请在下图中画出30min至40min 的变化曲线。

 

Answer 1

【答案】

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

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

(3) ① 0.009 mol·L^－1·min^－1（2分）    ② K=0.56（2分）     ③ 不变（1分）

④ C、D   （2分）    ⑤减小 CO₂ 的浓度   （1分）

作图要点：（2分）

①起点在30min时V_逆­(CO ₂)的一半左右 

②终点不超过30min时V_逆­(CO ₂)

【解析】

试题分析：（1）由（①+②）/2+③×2可得；（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下可将SO₂转化为SO₄^2－，则表明Fe²⁺、Fe³⁺是催化剂，故根据4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，可以得知，另一个离子方程式中，Fe³⁺和SO₂必定是反应物，SO₄^2- 和Fe²⁺是生成物，再根据得失电子配平氧化还原反应；（3）①v（）=c/t=(0.30 mol·L^－1-0.21 mol·L^－1)/10mim=0.009 mol·L^－1·min^－1；②从表中数据可以看出，当反应进行到20min时，各物质的浓度保持不变，即反应达到平衡状态，平衡常数需用平衡浓度进行计算，；③因为该反应前后气体分子总数相同，故在一定温度下，增大一氧化氮的浓度，实际上相当于增大压强，平衡不移动，故平衡时其转化率不变；④该反应前后气体分子总数相同，故压强的变化不能使平衡发生移动，故A不能用于判断反应是否达到平衡状态；当v_正(NO) = 2v_逆(N₂)时，才能用于判断，B错误；二氧化碳的浓度从0逐渐增大，当体积分数不变时，反应达到平衡状态，C正确；该反应体系中有非气态的物质参加，故混合气体的密度可以用来判断反应是否达到平衡，D正确；⑤从表中数据发现，二氧化碳的浓度降低比一氧化氮降低的多，而氮气的浓度反而增大，故是通过减小 CO₂ 的浓度进行改变的，平衡向右移动。

考点：化学平衡

点评：化学平衡是历年高考重中之重，考生一定要系统备考此知识点。难度较大。