Question

【題目】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

②CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)△H =－1160 kJ/mol

③H2O(g) = H2O(l) △H =－44.0 kJ/mol

寫出 CH4(g)與 NO2(g)反應生成 N2(g)、CO2(g)和 H2O(l)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 SO42-，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__________。

（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，在恒溫(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：

濃度(mol/L)	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

①10～20 min 以υ(N2)表示的反應速率為__________。

②該反應的平衡常數表達式 K=________。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)。

A．混合氣體的密度保持不變

B．υ正(NO) = 2υ逆(CO2)

C．容器內壓強保持不變

D．容器內 N2 的體積分數保持不變

Answer 1

【答案】

（1）CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJmol-1

（2）2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+；

（3）①0.009 molL-1min-1；

②，0.56；

③不變；④ABD。

【解析】

試題分析：（1） ①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJmol-l，②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2 O（g）△H=-1160kJmol-l，③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJmol-l，依據蓋斯定律計算[①+②-③×4]×得到CH4（g）與NO2（g）反應生成N2（g）、CO2（g）和H2O（l）的熱化學方程式：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJmol-1；故答案為：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955 kJmol-1

（2） 常溫下將SO2轉化為SO42-而實現SO2的處理．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三價鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根離子，反應的離子方程式為：2Fe3++SO2+2H20=2Fe2++SO42-+4H+，故答案為：2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+；

（3）① 10min～20min以v（CO2） 表示的反應速率==0.009 molL-1min-1，故答案為：0.009 molL-1min-1；

②20-30min反應達到平衡狀態，C（s）+2NO（g）N2 （g）+CO2 （g），各物質的平衡濃度為：c（CO2）=c（N2）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L，反應的平衡常數為：K===0.56，故答案為：，0.56；

③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）反應是氣體體積不變的反應；增大一氧化氮濃度相當于增大體系壓強，平衡不移動，一氧化氮轉化率不變，故答案為：不變；

④C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）反應是氣體體積不變的反應；A．混合氣體密度等于質量除以體積，反應中碳是固體，平衡移動氣體質量變化，體積不變，所以混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡，故A正確；B．反應速率之比等于化學方程式系數之比，當v正（NO）=2v逆（N2），反應達到平衡，故B正確；C．反應是氣體體積不變的反應，反應過程中和反應平衡狀態壓強相同，所以容器內壓強保持不變不能說明反應達到平衡，故C錯誤；D．容器內N2的體積分數不變，說明反應達到平衡，故D正確；故選ABD。