Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，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= -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

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                   。

（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，其中一個反應(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                                  。

（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)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

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) 表示的反應(yīng)速率為                        。

②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為    　　    （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       （填“增大”、“不變”或“減小”） 。

④下列各項能作為判斷該反應(yīng)達到平衡的是    　　　    （填序號字母）。

A．容器內(nèi)壓強保持不變　　      B． 2v_正(NO) = v_逆(N₂)

C．容器內(nèi)CO₂的體積分數(shù)不變    D．混合氣體的密度保持不變

⑤30min末改變某一條件，過一段時間反應(yīng)重新達到平衡，則改變的條件可能是            。請在下圖中畫出30min至40min 的變化曲線。

 

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 不變（1分）

④ C、D   （2分）    ⑤減小 CO₂ 的濃度   （1分）

作圖要點：（2分）

①起點在30min時V_逆­(CO ₂)的一半左右 

②終點不超過30min時V_逆­(CO ₂)

【解析】

試題分析：（1）由（①+②）/2+③×2可得；（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2－，則表明Fe²⁺、Fe³⁺是催化劑，故根據(jù)4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，可以得知，另一個離子方程式中，F(xiàn)e³⁺和SO₂必定是反應(yīng)物，SO₄^2- 和Fe²⁺是生成物，再根據(jù)得失電子配平氧化還原反應(yīng)；（3）①v（）=c/t=(0.30 mol·L^－1-0.21 mol·L^－1)/10mim=0.009 mol·L^－1·min^－1；②從表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反應(yīng)進行到20min時，各物質(zhì)的濃度保持不變，即反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)需用平衡濃度進行計算，；③因為該反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)相同，故在一定溫度下，增大一氧化氮的濃度，實際上相當(dāng)于增大壓強，平衡不移動，故平衡時其轉(zhuǎn)化率不變；④該反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)相同，故壓強的變化不能使平衡發(fā)生移動，故A不能用于判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)；當(dāng)v_正(NO) = 2v_逆(N₂)時，才能用于判斷，B錯誤；二氧化碳的濃度從0逐漸增大，當(dāng)體積分數(shù)不變時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C正確；該反應(yīng)體系中有非氣態(tài)的物質(zhì)參加，故混合氣體的密度可以用來判斷反應(yīng)是否達到平衡，D正確；⑤從表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，二氧化碳的濃度降低比一氧化氮降低的多，而氮氣的濃度反而增大，故是通過減小 CO₂ 的濃度進行改變的，平衡向右移動。

考點：化學(xué)平衡

點評：化學(xué)平衡是歷年高考重中之重，考生一定要系統(tǒng)備考此知識點。難度較大。