Question

12．隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NOx）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）用CH₄催化還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=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應(yīng)生成N₂ （g）、CO₂ （g）和H₂O（1）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-955kJ•mol^-1．
（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，從而實(shí)現(xiàn)對SO₂的治理．已知含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）?N₂ （g）+CO₂ （g）．某研究小組向密閉的真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì)）加入NO和足量的活性炭，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol•L-1 時(shí)間/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） 表示的反應(yīng)速率為0.009 mol•L^-1•min^-1．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算T₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.56（保留兩位小數(shù)）．
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率不變（填“增大”、“不變”或“減小”）．
④下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是CD（填序號字母）．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變　　      B． 2v_正（NO）=v_逆（N₂）
C．容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變     D．混合氣體的密度保持不變
⑤30min末改變某一條件，過一段時(shí)間反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是減小CO₂ 的濃度．請?jiān)趫D中畫出30min至40min的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②+3×4）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；
（2）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-該過程為氧氣氧化二價(jià)鐵離子到三價(jià)鐵離子，然后用三價(jià)鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根離子；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂）
②20min處于平衡狀態(tài)，根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，等效為增大壓強(qiáng)，不影響平衡移動；
④可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
⑤30min～40min之間，NO濃度減小0.08mol/L，N₂濃度增大0.04mol/L，CO₂濃度減小0.13mol/L，應(yīng)是減小二氧化碳的濃度，瞬間減小二氧化碳的濃度為（0.3+0.04）mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L，平衡時(shí)濃度為0.17mol/L．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②+3×4）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-955kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-955kJ•mol^-1；
（2）常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的處理．含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為三價(jià)鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）①10min～20min以v（CO₂） 表示的反應(yīng)速率=$\frac{0.3mol/L-0.21mol/L}{20min-10min}$=0.009 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.009 mol•L^-1•min^-1；
②20min處于平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=0.56，
故答案為：0.56；
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，等效為增大壓強(qiáng)，不影響平衡移動，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，
故答案為：不變；
④A．反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程中容器內(nèi)壓強(qiáng)數(shù)值保持不變，故A錯誤；
B．當(dāng)v_正（NO）=2v_逆（N₂）反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯誤；
C．容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．混合氣體密度等于質(zhì)量除以體積，反應(yīng)中碳是固體，平衡移動氣體質(zhì)量變化，體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體密度增大，混合氣體的密度保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故選：CD；
⑤30min～40min之間，NO濃度減小0.08mol/L，N₂濃度增大0.04mol/L，CO₂濃度減小0.13mol/L，應(yīng)是減小二氧化碳的濃度，瞬間減小二氧化碳的濃度為（0.3+0.04）mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L，該瞬間二氧化碳濃度為0.13mol/L，平衡時(shí)濃度為0.17mol/L，則30min至40minCO₂濃度的變化曲線圖象為，，故答案為：減小CO₂ 的濃度；．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率、熱化學(xué)方程式書寫等，（3）中作圖為易錯點(diǎn)，注意二氧化碳的瞬間濃度與平衡濃度．