Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO_x）排放量減少10%，CO₂的排放量也要大幅減少．
Ⅰ．處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
CH₄（g）+2NO₂ （g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ?mol^-1
則△H₂=

 

．
Ⅱ．化石燃料的燃燒、含硫金屬礦石的冶煉和硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的SO₂是大氣中SO₂的主要來(lái)源．
（1）將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣是將煤轉(zhuǎn)化為潔凈燃料的方法之一，反應(yīng)為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

 

．
②800℃時(shí)，將1molCO、3mol H₂O、1mol H₂充入容積為1L的容器中，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定時(shí)間后達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得容器中CO₂濃度為0.5mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

，800℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．
（2）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時(shí)又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)

 

．
②用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在 HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是：

 

．
Ⅲ．以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄ 通過(guò)反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?CH₃COOH（g）直接轉(zhuǎn)化成乙酸．在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示．由圖可以得出的結(jié)論是（寫(xiě)兩條）：

 

、

 

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算

專(zhuān)題：

分析：Ⅰ．依據(jù)已知熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律，利用“加合法”計(jì)算；
Ⅱ．（1）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)濃度，據(jù)轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%K=

生成物濃度系數(shù)冪次方

反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方

求算；
（2）①?gòu)牧鞒虉D可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反應(yīng)，分離出氫氣有利于平衡正向移動(dòng)；
Ⅲ、據(jù)圖分析，在100℃至250℃之間，隨溫度升高，催化劑的催化效率增強(qiáng)，乙酸的生成速率加快，250℃至300℃，催化劑的催化效率降低，乙酸生成速率減慢．

解答： 解：Ⅰ．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知②=③×2-①，因此△H₂=2×-867kJ?mol^-1-（-574kJ?mol^-1）=-1160kJ?mol^-1，
故答案為：-1160kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

[CO]?[H2]

[H2O]

，
故答案為：

[CO]?[H2]

[H2O]

；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 1       3                 1
轉(zhuǎn)化量（mol/L）0.5      0.5      0.5      0.5
平衡量（mol/L）0.5      2.5      0.5      1.5
CO的轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%=

0.5mol

1mol

×100%=50%；
K=

1.5×0.5

0.5×2.5

=0.6，
故答案為：50%；0.6；
（2）①?gòu)牧鞒虉D可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應(yīng)方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；Ⅲ、據(jù)圖分析，在100℃至250℃之間，隨溫度升高，催化劑的催化效率增強(qiáng)，乙酸的生成速率加快，250℃至300℃，催化劑的催化效率降低，乙酸生成速率減慢，
故答案為：其他條件不變，100-250℃之間，溫度升高，催化劑的催化效率升高；其他條件不變，100-250℃之間，溫度升高，乙酸的生成速率加快．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的計(jì)算、離子方程式書(shū)寫(xiě)、據(jù)圖分析問(wèn)題，題目難度中等．