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
②CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)△H =-1160 kJ/mol
③H2O(g) = H2O(l) △H =-44.0 kJ/mol
写出 CH4(g)与 NO2(g)反应生成 N2(g)、CO2(g)和 H2O(l)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,在恒温(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) | NO | N2 | CO2 |
0 | 1.00 | 0 | 0 |
10 | 0.58 | 0.21 | 0.21 |
20 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
30 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
40 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
50 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
①10~20 min 以υ(N2)表示的反应速率为__________。
②该反应的平衡常数表达式 K=________。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__________ (
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是__________ (填序号)。
A.混合气体的密度保持不变
B.υ正(NO) = 2υ逆(CO2)
C.容器内压强保持不变
D.容器内 N2 的体积分数保持不变
【答案】
(1)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955 kJmol-1
(2)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+;
(3)①0.009 molL-1min-1;
②,0.56;
③不变;④ABD。
【解析】
试题分析:(1) ①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJmol-l,②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2 O(g)△H=-1160kJmol-l,③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJmol-l,依据盖斯定律计算[①+②-③×4]×得到CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955 kJmol-1;故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)△H=-955 kJmol-1
(2) 常温下将SO2转化为SO42-而实现SO2的处理.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三价铁离子氧化二氧化硫到硫酸根离子,反应的离子方程式为:2Fe3++SO2+2H20=2Fe2++SO42-+4H+,故答案为:2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+;
(3)① 10min~20min以v(CO2) 表示的反应速率==0.009 molL-1min-1,故答案为:0.009 molL-1min-1;
②20-30min反应达到平衡状态,C(s)+2NO(g)N2 (g)+CO2 (g),各物质的平衡浓度为:c(CO2)=c(N2)=0.3mol/L;c(NO)=0.4mol/L,反应的平衡常数为:K===0.56,故答案为:,0.56;
③一定温度下,随着NO的起始浓度增大,C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)反应是气体体积不变的反应;增大一氧化氮浓度相当于增大体系压强,平衡不移动,一氧化氮转化率不变,故答案为:不变;
④C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)反应是气体体积不变的反应;A.混合气体密度等于质量除以体积,反应中碳是固体,平衡移动气体质量变化,体积不变,所以混合气体的密度保持不变,说明反应达到平衡,故A正确;B.反应速率之比等于化学方程式系数之比,当v正(NO)=2v逆(N2),反应达到平衡,故B正确;C.反应是气体体积不变的反应,反应过程中和反应平衡状态压强相同,所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡,故C错误;D.容器内N2的体积分数不变,说明反应达到平衡,故D正确;故选ABD。