Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫(SO₂)排放量減少8%，氮氧化物(NOx)排放量減少10%。目前，消除大氣污染有多種方法。
（1） 用CH₄催化還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
寫出CH₄(g)與NO₂(g)反應(yīng)生成N₂ (g)、CO₂ (g)和H₂O(1)的熱化學(xué)方程式                  。
（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2－，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SO₂的治理。已知含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，則另一反應(yīng)的離子方程式為                                 。
（3）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關(guān)反應(yīng)為：C(s)+2NO(g)N₂ (g)+CO₂ (g) 。某研究小組向密閉的真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì)）加入NO和足量的活性炭，恒溫(T₁℃)條件下反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol·L－1 時(shí)間/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) 表示的反應(yīng)速率為                        。
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算T₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為   　　   （保留兩位小數(shù)）。
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率      （填“增大”、“不變”或“減小”） 。
④下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是    　　　   （填序號(hào)字母）。
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變　　      B． 2v_正(NO) = v_逆(N₂)
C．容器內(nèi)CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變    D．混合氣體的密度保持不變
⑤30min末改變某一條件，過一段時(shí)間反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則改變的條件可能是           。請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出30min至40min的變化曲線。

Answer 1

(1) CH₄(g)+2NO₂(g) = N₂(g) + CO₂(g) +2H₂O(l)；⊿H=" -955" kJ·mol^－1（2分）
(2) 2Fe³⁺ + SO₂+ 2H₂O = 2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺  (2分)
(3) ① 0.009 mol·L^－1·min^－1（2分）   ② K=0.56（2分）    ③不變（1分）
④C、D  （2分）   ⑤減小 CO₂的濃度  （1分）
作圖要點(diǎn)：（2分）

①起點(diǎn)在30min時(shí)V_逆­(CO ₂)的一半左右 
②終點(diǎn)不超過30min時(shí)V_逆­(CO ₂)

解析試題分析：（1）由（①+②）/2+③×2可得；（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2－，則表明Fe²⁺、Fe³⁺是催化劑，故根據(jù)4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，可以得知，另一個(gè)離子方程式中，F(xiàn)e³⁺和SO₂必定是反應(yīng)物，SO₄^2-和Fe²⁺是生成物，再根據(jù)得失電子配平氧化還原反應(yīng)；（3）①v（）=c/t=(0.30mol·L^－1-0.21mol·L^－1)/10mim=0.009 mol·L^－1·min^－1；②從表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)，各物質(zhì)的濃度保持不變，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)需用平衡濃度進(jìn)行計(jì)算，；③因?yàn)樵摲磻?yīng)前后氣體分子總數(shù)相同，故在一定溫度下，增大一氧化氮的濃度，實(shí)際上相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，故平衡時(shí)其轉(zhuǎn)化率不變；④該反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)相同，故壓強(qiáng)的變化不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，故A不能用于判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)v_正(NO) = 2v_逆(N₂)時(shí)，才能用于判斷，B錯(cuò)誤；二氧化碳的濃度從0逐漸增大，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；該反應(yīng)體系中有非氣態(tài)的物質(zhì)參加，故混合氣體的密度可以用來判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，D正確；⑤從表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，二氧化碳的濃度降低比一氧化氮降低的多，而氮?dú)獾臐舛确炊�增大，故是通過減小 CO₂的濃度進(jìn)行改變的，平衡向右移動(dòng)。
考點(diǎn)：化學(xué)平衡
點(diǎn)評(píng)：化學(xué)平衡是歷年高考重中之重，考生一定要系統(tǒng)備考此知識(shí)點(diǎn)。難度較大。