Question

13．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）+2NO₂（g）═N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
寫出CH₄（g）與NO（g）反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248kJ•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，首先是Fe³⁺被還原成Fe²⁺，接著Fe²⁺再被氧化成Fe³⁺．后一個反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（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）加入NO和足量的活性炭，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如表：

濃度/mol•L-1 時間/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） 表示的平均反 應(yīng)速率為0.009mol•L^-1•min^-1．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=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請在圖中畫出30min至40min的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律②×2-①+③×2得到熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）Fe³⁺被SO₂還原成Fe²⁺，接著Fe²⁺再被氧氣氧化成Fe³⁺；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算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；
④30min～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，平衡時濃度為0.17mol/L．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
利用蓋斯定律②×2-①+③×2得到熱化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248 kJ•mol^-1；
（2）Fe³⁺被SO₂還原成Fe²⁺，接著Fe²⁺再被氧氣氧化成Fe³⁺，離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（3）①10min～20min以v（CO₂） 表示的反應(yīng)速率=$\frac{（0.3-0.21）mol•{L}^{-1}}{（20-10）min}$=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；
④30min～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，平衡時濃度為0.17mol/L，則30min至40minCO₂濃度的變化曲線圖象為：，
故答案為：．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、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，注意二氧化碳的瞬間濃度與平衡濃度．