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)反應生成N₂ (g)、CO₂ (g)和H₂O(1)的熱化學方程式          。
（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉化為SO₄^2-，從而實現對SO₂的治理。已知含SO₂的廢氣通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液時，其中一個反應的離子方程式為4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，則另一反應的離子方程式為                                 。

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

 
（3）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關反應為：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，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：
①10min~20min以v(CO₂) 表示的平均反應速率為                        。
②根據表中數據，計算T₁℃時該反應的平衡常數為   　　   （保留兩位小數）。
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉化率      （填“增大”、“不變”或“減小”） 。
④下列各項能作為判斷該反應達到平衡的是    　　　   （填序號字母）。
A．容器內壓強保持不變
B．2v_正(NO) = v_逆(N₂)
C．容器內CO₂的體積分數不變
D．混合氣體的密度保持不變
⑤30min末改變某一條件，過一段時間反應重新達到平衡，則改變的條件可能是          。請在圖中畫出30min至40min的變化曲線。

Answer 1

(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（2分）
④C、D（2分）   ⑤減小 CO₂的濃度（1分）
（2分）

試題分析：（1）根據蓋斯定律得（①+②+③×4）÷2即為所求，答案是CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂(g) + CO₂(g) +2H₂O(l) ⊿H=" -955" kJ·mol^－1；
（2）根據題意可知，另一個離子方程式應是鐵離子氧化二氧化硫的方程式，答案為2Fe³⁺ + SO₂+ 2H₂O = 2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺
（3）①10min~20min之間CO₂的濃度增大了0.9mol/L，所以以v(CO₂) 表示的平均反應速率為0.9mol/L/10min=0.009 mol·L^－1·min^－1
②反應進行到20min時達平衡，則T₁℃時該反應的平衡常數為K=0.3×0.3/0.4²=0.56
③恒溫恒容條件下，無論NO的濃度如何變化，達到的平衡與原平衡均是等效平衡，所以NO轉化率不變
④A、該反應屬于反應前后氣體的物質的量不變的可逆反應，所以恒容時壓強一直不變，不能判定是否達平衡狀態，錯誤；B、NO的反應速率是N₂的反應速率的2倍，錯誤；C、達到平衡時各物質的量不再變化，所以CO₂的體積分數不變，正確；D、恒容條件下，有固體參與的可逆反應中，氣體的密度不變的狀態是平衡狀態，正確。答案選CD。
⑤由圖像分析，NO的濃度減小說明平衡逆向移動，N₂的濃度增大，CO₂的濃度卻減小，所以改變的可能條件是減小了的CO₂量，對應的反應速率小于原平衡時的速率，在原速率的線下方畫一條逐漸上升的曲線即可。