Question

13．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=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
写出CH₄（g）与NO（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248kJ•mol^-1．
（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常温下可将SO₂转化为SO₄^2-，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，首先是Fe³⁺被还原成Fe²⁺，接着Fe²⁺再被氧化成Fe³⁺．后一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（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表：

浓度/mol•L-1 时间/min	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

①10min～20min以v（CO₂） 表示的平均反 应速率为0.009mol•L^-1•min^-1．
②根据表中数据，计算T₁℃时该反应的平衡常数K=0.56（保留两位小数）．
③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率不变（填“增大”、“不变”或“减小”）．
④请在图中画出30min至40min的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律②×2-①+③×2得到热化学反应方程式；
（2）Fe³⁺被SO₂还原成Fe²⁺，接着Fe²⁺再被氧气氧化成Fe³⁺；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）
②20min处于平衡状态，根据K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$计算平衡常数；
③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，等效为增大压强，不影响平衡移动；
④30min～40min之间，NO浓度减小0.08mol/L，N₂浓度增大0.04mol/L，CO₂浓度减小0.13mol/L，应是减小二氧化碳的浓度，瞬间减小二氧化碳的浓度为（0.3+0.04）mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L，平衡时浓度为0.17mol/L．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂ （g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
利用盖斯定律②×2-①+③×2得到热化学反应方程式：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1248 kJ•mol^-1；
（2）Fe³⁺被SO₂还原成Fe²⁺，接着Fe²⁺再被氧气氧化成Fe³⁺，离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（3）①10min～20min以v（CO₂） 表示的反应速率=$\frac{（0.3-0.21）mol•{L}^{-1}}{（20-10）min}$=0.009 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.009 mol•L^-1•min^-1；
②20min处于平衡状态，平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=0.56，
故答案为：0.56；
③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，等效为增大压强，不影响平衡移动，则NO的平衡转化率不变，
故答案为：不变；
④30min～40min之间，NO浓度减小0.08mol/L，N₂浓度增大0.04mol/L，CO₂浓度减小0.13mol/L，应是减小二氧化碳的浓度，瞬间减小二氧化碳的浓度为（0.3+0.04）mol/L-0.17mol/L=0.17mol/L，该瞬间二氧化碳浓度为0.13mol/L，平衡时浓度为0.17mol/L，则30min至40minCO₂浓度的变化曲线图象为：，
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、平衡常数、反应速率、热化学方程式书写等，（3）中作图为易错点，注意二氧化碳的瞬间浓度与平衡浓度．