题目内容
【题目】随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二”五期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) +2H2O(g) ⊿H= -574 kJ·mol-1
②CH4(g) +4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g) ⊿H= -1160 kJ·mol-1
③H2O(g) = H2O(l) △H= -44.0 kJ·mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g),CO2(g)和H2O(1)的热化学方程式________。
(2)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为SO42-,从而实现对SO2的治理。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________。
(3)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) 。某研究小组向密闭的真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)加入NO和足量的活性炭,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:
①10min~20min以v(CO2) 表示的平均反应速率为________。
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数为________ (保留两位小数)。
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率________ (填“增大”、“不变”或“减小”) 。
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是___(填序号字母)。
A.容器内压强保持不变
B.2v正(NO) =v逆(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变
D.混合气体的密度保持不变
⑤30min末改变某一条件,过一段时间反应重新达到平衡,则改变的条件可能是________。请在下图中画出30min至40min的变化曲线________。
【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g) + CO2(g) +2H2O(l) ⊿H=-955 kJ·mol-1 2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+ 0.009 mol·L-1·min-1 K=0.56 不变 C、D 减小CO2的浓度
【解析】
(1)根据盖斯定律得(①+②+③×4)÷2即为所求,答案是CH4(g)+2NO2(g) = N2(g) + CO2(g) +2H2O(l) ⊿H= -955 kJ·mol-1;
(2)根据题意可知,另一个离子方程式应是铁离子氧化二氧化硫的方程式,根据氧化还原反应原理配平得反应为为2Fe3+ + SO2+ 2H2O = 2Fe2++ SO42- + 4H+;
(3)①10min~20min之间CO2 的浓度增大了0.9mol/L,所以以v(CO2) 表示的平均反应速率为=0.009 mol·L-1·min-1;
②反应进行到20min时达平衡,则T1℃时该反应的平衡常数为K==0.56;
③恒温恒容条件下,无论NO的浓度如何变化,达到的平衡与原平衡均是等效平衡,所以NO转化率不变;
④A、该反应属于反应前后气体的物质的量不变的可逆反应,所以恒容时压强一直不变,不能判定是否达平衡状态,选项A错误;
B、NO的反应速率是N2的反应速率的2倍,选项B错误;
C、达到平衡时各物质的量不再变化,所以CO2的体积分数不变,选项C正确;
D、恒容条件下,有固体参与的可逆反应中,气体的密度不变的状态是平衡状态,选项D正确。
答案选CD;
⑤由图像分析,NO的浓度减小说明平衡逆向移动,N2的浓度增大,CO2的浓度却减小,所以改变的可能条件是减小了CO2的浓度,对应的反应速率小于原平衡时的速率,在原速率的线下方画一条逐渐上升的曲线即可,答案为。
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