Question

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（NO_x）排放量减少10%．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．已知：
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
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

 

．
（2）利用反应6NO₂+8NH₃

催化剂

加热

7N₂+12H₂O处理NO₂．当转移1.2mol电子时，消耗的NO₂在标准状况下是

 

L．NO₂也可用NaOH溶液吸收，生成两种盐，该反应的化学方程式为：

 

．
（3）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=

 

，该反应△S

 

0（填“＞”或“＜”）若在一定温度下，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

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．20min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
（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

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,氧化还原反应的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：氧化还原反应专题,化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）利用盖斯定律分析，不管化学反应是一步或分几步完成，其反应热是不变的；依据热化学方程式和盖斯定律构造目标热化学方程式并计算反应热； 
（2）根据化合价的变化结合方程式计算；NaOH溶液吸收NO₂，生成两种盐，二氧化氮被氧化生成硝酸根离子；
（3）依据平衡常数概念列式计算，△S表示反应的熵变，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
（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离子，据此写出反应的离子方程式．

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 
由盖斯定律计算（①+②）×

1

2

得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）反应6NO₂+8NH₃

催化剂

加热

7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合价降低，由+4价降低到0价，则6molNO₂参加反应，转移24mol电子，所以当转移1.2mol电子时，消耗NO₂0.3mol，体积为6.72L，
NaOH溶液吸收NO₂，生成两种盐，二氧化氮被氧化生成硝酸根离子，同时二氧化氮被还原生成亚硝酸根离子，反应方程式为：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，
故答案为：6.72L   2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O；
（3）反应方程式2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的化学平衡常数表达式为：K=

C(N2)C2(CO2)

C2(NO)C2(CO)

，
△S表示反应的熵变，该反应为气体体积减小的反应，所以△S＜0，
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)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=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=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不移动，
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，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；
（4）常温下将SO₂转化为SO₄^2-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⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．

点评：本题考查了反应热的计算、化学反应速率与化学平衡图象的综合利用、化学平衡常数的计算、氧化还原反应方程式的书写等知识，题目难度较大，试题的计算量较大，涉及的知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力，（3）为难点，注意先计算出化学平衡常数，然后再根据浓度商判断平衡移动方向．