Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）對大氣污染日趨嚴(yán)重，研究消除大氣污染的方法是化學(xué)工作者的重要課題，目前有很多種方法消除大氣污染．
（1）可利用甲烷催化還原NO_x的方法處理NO_x，反應(yīng)如下：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
則CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=

 

；
（2）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，15分鐘后達(dá)到平衡，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖所示，則平衡常數(shù)K=

 

（小數(shù)點(diǎn)后保留3位）；
①若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO氣體0.6mol，平衡將

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”）；
②若保持溫度不變，20min時向原平衡容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”）；
③20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件可能是

 

（填字母）；
A．加入催化劑　         B．降低溫度
C．縮小容器體積　       D．增加CO₂的量
（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，從而實現(xiàn)對SO₂的處理（總反應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）．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

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,氧化還原反應(yīng),熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）依據(jù)圖象計算平衡狀態(tài)物質(zhì)的濃度結(jié)合平衡常數(shù)計算平衡常數(shù)；
①依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
②依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
③20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛仍龃螅�根�?jù)影響速率和平衡的因素分析；
（3）催化劑的特點(diǎn)，反應(yīng)前后質(zhì)量和性質(zhì)不變，則恢復(fù)原來狀態(tài)，即Fe³⁺→Fe²⁺．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律計算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案為：△H=-867 kJ/mol；
（2）依據(jù)圖象分析，15分鐘時達(dá)到平衡時氮?dú)鉂舛葹?.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(shù)K=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035，
故答案為：0.035；
①若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO 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，
c（CO₂）=0.4mol/L；
則Qc=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

1．22×1．62

=0.00868＜K，所以平衡向右移動；
故答案為：向右；
②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(CO)?c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=0.035=K，平衡不動；
故答案為：不；
③20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，斜率減小反應(yīng)速率減小，氮?dú)鉂舛戎饾u增大，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，加入催化劑、增大壓強(qiáng)、增大濃度，速率均增大不符合題意，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：B；
（3）其中一個反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，則另一個反應(yīng)一定有Fe³⁺→Fe²⁺，所以反應(yīng)方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評：本題考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析，平衡常數(shù)的計算方法，平衡移動原理的應(yīng)用，催化劑的原理的分析應(yīng)用，題目涉及的知識點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度較大．