Question

随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义

（1）如图1是1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式：

 

．
已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol
2NO （g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ/mol
则反应：2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）的△H=

 

．
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物．有关反应为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol?L-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

（保留两位小数）．
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是

 

．
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2-而实现SO₂的处理（总反应为2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄）．已知，含SO₂的废气通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，则另一反应的离子方程式为

 

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（5）有学者想以图3所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料．A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极反应式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）通过图a求出 NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）反应的热化学方程式，然后利用盖斯定律将几个已知的热化学方程式进行运算即可求出2NO（g）+CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）的热化学方程式；
（2）①通过表中数据可知，反应进行到20-30分钟时达到平衡状态，则K=

c(CO2)c(N2)

c2(NO)

；
②根据表中30-40分钟各物质浓度的变化可以看出改变的条件是分离出部分CO₂；
（3）温度-压强-转化率图象定一议二，做一条等压线，比较不同温度下CO平衡转化率大小判断改变温度平衡移动的方向；
（4）SO₂转化为SO₄^2-该过程为氧气氧化二价铁离子到三价铁离子，然后用三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根；
（5）SO₂-O₂-H₂SO₄形成燃料电池，通O₂的电极为正极发生还原反应，同SO₂的电极为负极发生氧化反应，书写电极反应式按照先总后分的顺序，先写出总的原电池方程式，然后写出正极的电极反应式，用总方程式减去正极反应式就是负极的电极反应式；

解答： 解：（1）通过图a可知该反应为NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g），该反应的焓变△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234kJ/mol 所以该反应的热化学方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ/mol①，
①NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H1=-234kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H2=+180kJ/mol
③2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H3=-112.3kJ/mol
根据盖斯定律①×2+③-②得2NO（g）+CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=2×△H1+△H3-△H2=-760.3KJ/mol，
故答案为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234KJ/mol，-760.3KJ/mol；
（2）①当20-30分钟时反应达到平衡K=

c(CO2)c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案为：0.56；
 ②根据表中30-40分钟各物质浓度的变化可以看出改变的条件是分离出部分CO₂，故答案为：分离出部分CO₂；
（3）当压强恒定时，温度250度升高到300度CO的平衡转化率降低，说明平衡向逆向移动，所以逆向为吸热反应，正反应为放热反应△H＜0，故答案为：＜；
（4）三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根，离子方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（5）原电池总方程式为2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，正极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，用总的减去正极的电极反应式得负极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；

点评：本题考查了盖斯定律求反应热、化学平衡常数及化学平衡移动的影响因素、原电池电极反应式的书写、氧化还原反应、溶度积规则等，题目难度中等．