Question

（2012?天津模拟）为改善大气质量，国家拟于“十二五”期间，力争将CO₂变为燃料或有机化学产品的构想变为现实，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．
I．一种将CO₂变为燃料或有机化学产品的构想分成3个步骤：
①利用浓碳酸钾溶液吸收空气中的CO₂；
②将第①步吸收液电解产生H₂和O₂，同时分离出CO₂；
③将第②步产生的H₂（g）和CO₂（g）在一定条件下转化成CH₄（g）和H₂O（l）．
已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
写出第③步反应的热化学方程式为

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol

．
II．目前，消除大气污染有多种方法．
（1）处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原NO_x．写出甲烷直接将NO₂还原得到无污染的产物的化学方程式

CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O

．
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化 转化器，发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
该反应的化学平衡常数表达式为K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．
在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示．

若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将

不

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
若20min时改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，则改变的条件可能是

②

（填序号）．
①加入催化剂　  ②降低温度　  ③缩小容器体积　  ④增加CO₂的量
（3）最近，某科研单位研制成功一种处理SO₂的方法：利用电化学原理将发电厂产生的大量SO₂制成硫酸，装置如图2，其电池反应方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，该电池电动势为1.06V．实际过程中，将SO₂通入电池的

负

极（填“正”或“负”），负极反应式为

SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-

．用这种方法处理SO₂废气的优点是可回收大量有效能，副产品为H₂SO₄，减少环境污染．

Answer 1

分析：I．已知H₂（g）和CO₂（g）在一定条件下转化成CH₄（g）和H₂O（l），先写出其方程式，根据盖斯定律计算其△H；
II．（1）甲烷直接将NO₂还原得到氮气和二氧化碳，根据化合价升降法配平方程即可；
（2）依据平衡常数概念列式计算，依据浓度商和平衡常数比较分析判断，根据图象变化判断平衡移动及影响因素；
（3）本质为SO₂与O₂反应生成SO₃以，SO₃再与水化合生成硫酸，SO₂在负极失电子发生氧化反应，生成SO₄^2-．

解答：解：I．已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根据盖斯定律△H=4△H₁-△H₂=-253.6kJ/mol；
第③步反应的热化学方程式为CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-253.6kJ/mol；
II．（1）甲烷直接将NO₂还原得到氮气和二氧化碳，其反应方程式为：CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O，
故答案为：CH₄+2NO₂═N₂+CO₂+2H₂O；
（2）依据图象分析，15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L，NO平衡浓度为1.6mol/L，一氧化碳浓度为0.6mol/L，二氧化碳浓度为0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

=

0.2mol/L×(0.4mol/L)2

(1.6mol/L)2×(0.6mol/L)2

=0.035，
若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，浓度分别为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(NO)c2(CO)

=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不动，20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图1所示的变化，斜率减小反应速率减小，氮气浓度增大平衡正移，反应是气体体积减小的放热反应，则改变的条件可能是降温，
故答案为：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；不；②；
（3）该原电池的本质是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在负极上失电子，发生氧化反应电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：负；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池的应用，化学平衡常数计算方法，平衡移动方向判断等，题目难度中等．