Question

（2012?天津模擬）為改善大氣質量，國家擬于“十二五”期間，力爭將CO₂變為燃料或有機化學產品的構想變為現實，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%．
I．一種將CO₂變為燃料或有機化學產品的構想分成3個步驟：
①利用濃碳酸鉀溶液吸收空氣中的CO₂；
②將第①步吸收液電解產生H₂和O₂，同時分離出CO₂；
③將第②步產生的H₂（g）和CO₂（g）在一定條件下轉化成CH₄（g）和H₂O（l）．
已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
寫出第③步反應的熱化學方程式為

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol

．
II．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．寫出甲烷直接將NO₂還原得到無污染的產物的化學方程式

CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O

．
（2）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化 轉化器，發生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
該反應的化學平衡常數表達式為K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．
在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，反應過程中各物質的濃度變化如圖1所示．

若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

不

移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
若20min時改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是

②

（填序號）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（3）最近，某科研單位研制成功一種處理SO₂的方法：利用電化學原理將發電廠產生的大量SO₂制成硫酸，裝置如圖2，其電池反應方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，該電池電動勢為1.06V．實際過程中，將SO₂通入電池的

負

極（填“正”或“負”），負極反應式為

SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-

．用這種方法處理SO₂廢氣的優點是可回收大量有效能，副產品為H₂SO₄，減少環境污染．

Answer 1

分析：I．已知H₂（g）和CO₂（g）在一定條件下轉化成CH₄（g）和H₂O（l），先寫出其方程式，根據蓋斯定律計算其△H；
II．（1）甲烷直接將NO₂還原得到氮氣和二氧化碳，根據化合價升降法配平方程即可；
（2）依據平衡常數概念列式計算，依據濃度商和平衡常數比較分析判斷，根據圖象變化判斷平衡移動及影響因素；
（3）本質為SO₂與O₂反應生成SO₃以，SO₃再與水化合生成硫酸，SO₂在負極失電子發生氧化反應，生成SO₄^2-．

解答：解：I．已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根據蓋斯定律△H=4△H₁-△H₂=-253.6kJ/mol；
第③步反應的熱化學方程式為CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol；
II．（1）甲烷直接將NO₂還原得到氮氣和二氧化碳，其反應方程式為：CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O；
（2）依據圖象分析，15分鐘時達到平衡時氮氣濃度為0.2mol/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；
平衡常數K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

=

0.2mol/L×(0.4mol/L)2

(1.6mol/L)2×(0.6mol/L)2

=0.035，
若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，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=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不動，20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖1所示的變化，斜率減小反應速率減小，氮氣濃度增大平衡正移，反應是氣體體積減小的放熱反應，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；不；②；
（3）該原電池的本質是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在負極上失電子，發生氧化反應電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：負；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池的應用，化學平衡常數計算方法，平衡移動方向判斷等，題目難度中等．