Question

氮的氧化物和SO₂是常見的化工原料，但也是大氣的主要污染物．綜合治理其污染是化學(xué)家研究的主要內(nèi)容．根據(jù)題意完成下列各題：
（1）用甲烷催化還原一氧化氮，可以消除一氧化氮對大氣的污染．反應(yīng)方程式如下：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
（2）硫酸生產(chǎn)中，接觸室內(nèi)的反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑  .

2SO₃（g）；SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與體系總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．某溫度下，將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于30L剛性密閉容器中，30秒反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為2.70MPa．用氧氣表示該反應(yīng)的平均速率是

 

mol?L^-1?min^-1．
（3）右圖平衡狀態(tài)由A變到B時，改變的外界條件是

 

．
a．又加入一些催化劑    b．又加入一些氧氣  c．降低了體系的溫度    d．升高了外界的大氣壓
（4）新型納米材料氧缺位鐵酸鹽MFe₂O_x在常溫下，能將氮的氧化物和SO₂等廢氣分解除去．轉(zhuǎn)化流程如圖2所示，若x=3.5，M為Zn，請寫出ZnFe₂O_3.5分解SO₂的化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）可以根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式完成；
（2）根據(jù)反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑  .

2SO₃（g）及總壓強(qiáng)為2.70MPa時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出用氧氣表示的反應(yīng)速率；
（3）狀態(tài)由A變到B時，二氧化硫轉(zhuǎn)化率升高，壓強(qiáng)增大，根據(jù)平衡移動原理分析；
（4）從氧化還原反應(yīng)的角度判斷反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)而寫出相關(guān)反應(yīng)的方程式．

解答：（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

[N2]2?[H2O]2?[CO2]2

[CH4]?[NO]4

，
故答案是：K=

[N2]2?[H2O]2?[CO2]2

[CH4]?[NO]4

；
（2）此時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率是0.8，根據(jù)反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑  .

2SO₃（g），消耗氧氣的物質(zhì)的量是：n（O₂）=

1

2

×n（SO₂）=0.5×2.0mol×0.8=0.8mol，消耗氧氣的濃度是：c（O₂）=

0.8mol

30L

≈0.02667mol/L，用氧氣表示反應(yīng)速率為：

0.02667mol/L

0.5min

=0.0533mol?L^-1?min^-1，
故答案是：0.0533
（3）a、又加入一些催化劑，催化劑不影響化學(xué)平衡，故a錯誤；
b、又加入一些氧氣，氣體物質(zhì)的量增大，壓強(qiáng)增大；反應(yīng)物氧氣濃度增大，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率升高，故b正確；
c、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向著正向移動，氣體的物質(zhì)的量減少，壓強(qiáng)減小，故c錯誤；
d、升高了外界的大氣壓，化學(xué)平衡不移動，故d錯誤；
故選b；
（4）由題意可知，鐵酸鹽（MFe₂O₄）經(jīng)高溫還原而得，則反應(yīng)物中MFe₂O_x為還原劑，SO₂為氧化劑，生成物為MFe₂O₄和S，則反應(yīng)的關(guān)系式為MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S，
故答案為：MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、平衡轉(zhuǎn)化率、影響化學(xué)平衡的外界條件綜合應(yīng)用及知識遷移能力等考點(diǎn)，題目難度中等．