Question

20．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（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）全釩氧化還原液流電池，是目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池．其電池總反應(yīng)為：V³⁺+VO²⁺+H₂O$?_{放電}^{充電}$VO₂⁺+2H⁺+V²⁺．充電過程中，H⁺向陰極區(qū)遷移（填“陰極區(qū)”或“陽極區(qū)”）．充電時(shí)陰極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺．
（3）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$．若在一定
溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如右圖所示．若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將不移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件可能是B（填序號(hào)）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實(shí)現(xiàn)SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．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⁺．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）根據(jù)電池總反應(yīng)和參加物質(zhì)的化合價(jià)的變化可知，反應(yīng)中V²⁺離子被氧化，應(yīng)是電源的負(fù)極，VO₂⁺離子化合價(jià)降低，被還原，應(yīng)是電源的正極反應(yīng)，根據(jù)原電池的工作原理進(jìn)行分析；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式，然后通過列式計(jì)算，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素判斷改變的條件；
（4）根據(jù)催化劑的特點(diǎn)可知另一個(gè)反應(yīng)一定實(shí)現(xiàn)Fe³⁺→Fe²⁺，據(jù)此寫出另一個(gè)反應(yīng)的離子方程式．

解答 解：（1）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
由蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）依據(jù)電極原理分析，充電過程中，H⁺向陰極區(qū)移動(dòng)，
反應(yīng)中VO₂⁺離子化合價(jià)降低，被還原，應(yīng)是電源的正極反應(yīng)，V²⁺離子被氧化，應(yīng)是電源的負(fù)極，電極反應(yīng)為：V³⁺+e^-=V²⁺，
故答案為：陰極區(qū)；V³⁺+e^-=V²⁺；
（3）反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，
依據(jù)圖象可知，15分鐘時(shí)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)鉂舛葹?.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0．{4}^{2}}{0．{6}^{2}×1．{6}^{2}}$=0.035，若保持溫度不變，20min時(shí)再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，則各組分濃度分別為：c（NO）=1.6mol/L、c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L、c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L、c（CO₂）=0.4mol/L，Qc=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.8×0．{4}^{2}}{1．{6}^{2}×1．{2}^{2}}$=0.035=K，則化學(xué)平衡不動(dòng)，20min時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖所示的變化，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛仍龃�，反�?yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則改變的條件可能是降溫，所以B正確，
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$；不；B；
（4）根據(jù)催化劑的特點(diǎn)，另一個(gè)反應(yīng)一定有Fe³⁺→Fe²⁺，反應(yīng)方程式為 2Fe³⁺+SO₂+2H₂═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，通過該反應(yīng)，吸收了大氣污染物SO₂，同時(shí)制得了硫酸，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫及原電池、電解池原理的應(yīng)用，平衡移動(dòng)方向判斷、反應(yīng)離子方程式的書寫方法等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡及其影響因素，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式，能夠根據(jù)平衡常數(shù)及濃度熵判斷平衡狀態(tài)．