Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）对大气污染日趋严重，研究消除大气污染的方法是化学工作者的重要课题，目前有很多种方法消除大气污染．
（1）可利用甲烷催化还原NO_x的方法处理NO_x，反应如下：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
则CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=

 

；
（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．
若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，15分钟后达到平衡，反应过程中各物质的浓度变化如图所示，则平衡常数K=

 

（小数点后保留3位）；
①若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO气体0.6mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
②若保持温度不变，20min时向原平衡容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
③20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是

 

（填字母）；
A．加入催化剂　         B．降低温度
C．缩小容器体积　       D．增加CO₂的量
（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下将SO₂转化为SO₄^2-，从而实现对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

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,氧化还原反应,热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）依据图象计算平衡状态物质的浓度结合平衡常数计算平衡常数；
①依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
②依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
③20min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，根据影响速率和平衡的因素分析；
（3）催化剂的特点，反应前后质量和性质不变，则恢复原来状态，即Fe³⁺→Fe²⁺．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1；
依据盖斯定律计算①+②得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
故答案为：△H=-867 kJ/mol；
（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(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035，
故答案为：0.035；
①若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO 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，
c（CO₂）=0.4mol/L；
则Qc=

c(N2)?c2(CO2)

c2(CO)?c2(NO)

=

0.2×0．42

1．22×1．62

=0.00868＜K，所以平衡向右移动；
故答案为：向右；
②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(CO)?c2(NO)

=

0.8×0．42

1．22×1．62

=0.035=K，平衡不动；
故答案为：不；
③20min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，氮气浓度逐渐增大，反应是气体体积减小的放热反应，加入催化剂、增大压强、增大浓度，速率均增大不符合题意，则改变的条件可能是降温，
故答案为：B；
（3）其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，则另一个反应一定有Fe³⁺→Fe²⁺，所以反应方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．

点评：本题考查热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析，平衡常数的计算方法，平衡移动原理的应用，催化剂的原理的分析应用，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对所学知识的综合应用能力，题目难度较大．