Question

2．氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等氣體會造成環(huán)境問題．對燃煤廢氣進行化學方法處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
寫出甲烷將NO₂還原為N₂并生成氣態(tài)水時的熱化學方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用CO₂生成甲醇燃料，反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1將6mol CO₂和8mol H₂充入容器為2L的密閉容器中，恒溫下，H₂的物質的量隨時間變化如圖1實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應坐標）．

①該反應在0min～8min內CO₂的平均反應速率為0.125 mol•L^-1•min^-1．
②僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂物質的量變化如圖1虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升溫，曲線Ⅱ改變的條件可能是加壓．
（3）反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol可用于合成甲醇．按照相同的物質的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖2所示．下列說法正確的是CD（填字母）
A．溫度：T₁＞T₂＞T₃
B．正反應速率：ν（a）＞ν（c）、ν（b）＞ν（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）＞K（c）、K（b）=K（d）
D．平均摩爾質量：M（a）＞M（c）、M（b）＞M（d）
（4）常溫下，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9，K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10，控制條件可實現(xiàn)如下沉淀轉換：
BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）
該反應平衡常數(shù)K的表達式為：K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，欲用1L Na₂CO₃溶液將0.01mol BaSO₄全部轉化為BaCO₃，則Na₂CO₃溶液的最初濃度應不低于0.26 mol/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+44kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：（①+②）÷2-③×2可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l），據(jù)此計算；
（2）①從圖象可知0～8min內H₂的物質的量反應了6mol，根據(jù)方程式，則0～8min內CO₂的物質的量變化為2mol，再由v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②曲線Ⅰ反應速率加快，平衡后的氫氣比原平衡含量高，說明反應逆向移動，曲線Ⅱ反應速率加快，平衡時氫氣含量降低，說明反應正向移動，結合影響化學平衡的因素分析可得；
（3）A．該反應為放熱反應，溫度越低，轉化率越低；
B．a(chǎn)、c溫度不同，b、d壓強不同，溫度越大壓強越大，反應速率越快；
C．K只與溫度有關，溫度越高，放熱反應的K越小；
D．質量不變，CO的轉化率越大，平衡后氣體的物質的量越小，則M越大；
（4）BaSO₄轉化為BaCO₃，BaSO₄ （s）+CO₃^2- （aq）?BaCO₃ （s）+SO₄^2- （aq），根據(jù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，Q_c=c（SO₄^2-）•c（Ba²⁺）≤K_sp（BaSO₄ ），BaSO₄完全溶解，據(jù)此計算．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-572kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₂=+44kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：（①+②）÷2-③×2可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-954kJ•mol^-1；
（2）①從圖象可知0～8min內H₂的物質的量反應了6mol，根據(jù)方程式，則0～8min內CO₂的物質的量變化為2mol，所以0～8min內CO₂的平均反應速率為$\frac{2mol}{2L×8min}$=0.125 mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.125 mol•L^-1•min^-1；
②曲線Ⅰ反應速率加快，平衡后的氫氣比原平衡含量高，說明反應逆向移動，曲線Ⅱ反應速率加快，平衡時氫氣含量降低，說明反應正向移動，反應速率加快且平衡發(fā)生移動的有升溫和加壓，反應是個放熱、氣體體積減小的反應，升高溫度，平衡逆向移動，符合Ⅰ，增大壓強，平衡正向移動，符合Ⅱ；
故答案為：升溫； 加壓；
（3）A．該反應為放熱反應，溫度越低，轉化率越低，則溫度：T₂＞T₂＞T₁，故A錯誤；
B．a(chǎn)、c溫度不同，b、d壓強不同，溫度越大壓強越大，反應速率越快，則正反應速率：ν（a）＜ν（c）、ν（b）＞ν（d），故B錯誤；
C．K只與溫度有關，溫度越高，放熱反應的K越小，則平衡常數(shù)：K（a）＞K（c）、K（b）=K（d），故C正確；
D．質量不變，CO的轉化率越大，平衡后氣體的物質的量越小，則M越大，則平均摩爾質量：M（a）＞M（c）、M（b）＞M（d），故D正確；
故答案為：CD；
（4）CO₃^2-+BaSO₄=BaCO₃+SO₄^2-；K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1×1{0}^{{-}^{10}}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04；
c（SO₄^2-）=0.01 mol/L，$\frac{0.01}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$≤0.04，c（CO₃^2-）≥0.25+0.01=0.26mol/L，
故答案為：$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；0.26 mol/L．

點評 本題考查了蓋斯定律，化學平衡的有關計算及影響化學平衡的因素，溶度積常數(shù)的應用，題目綜合性較強，要求學生對基礎知識的靈活運用