Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，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)反應生成N₂ (g)、CO₂ (g)和H₂O(1)的熱化學方程式                  。
（2）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下可將SO₂轉化為SO₄^2－，從而實現對SO₂的治理。已知含SO₂的廢氣通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液時，其中一個反應的離子方程式為4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，則另一反應的離子方程式為                                 。
（3）用活性炭還原法處理氮氧化物。有關反應為：C(s)+2NO(g)N₂ (g)+CO₂ (g) 。某研究小組向密閉的真空容器中（假設容器體積不變，固體試樣體積忽略不計）加入NO和足量的活性炭，恒溫(T₁℃)條件下反應，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

濃度/mol·L－1 時間/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) 表示的反應速率為                        。
②根據表中數據，計算T₁℃時該反應的平衡常數為   　　   （保留兩位小數）。
③一定溫度下，隨著NO的起始濃度增大，則NO的平衡轉化率      （填“增大”、“不變”或“減小”） 。
④下列各項能作為判斷該反應達到平衡的是    　　　   （填序號字母）。
A．容器內壓強保持不變　　      B． 2v_正(NO) = v_逆(N₂)
C．容器內CO₂的體積分數不變    D．混合氣體的密度保持不變
⑤30min末改變某一條件，過一段時間反應重新達到平衡，則改變的條件可能是           。請在下圖中畫出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：（2分）

①起點在30min時V_逆­(CO ₂)的一半左右 
②終點不超過30min時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轉化為SO₄^2－，則表明Fe²⁺、Fe³⁺是催化劑，故根據4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，可以得知，另一個離子方程式中，Fe³⁺和SO₂必定是反應物，SO₄^2-和Fe²⁺是生成物，再根據得失電子配平氧化還原反應；（3）①v（）=c/t=(0.30mol·L^－1-0.21mol·L^－1)/10mim=0.009 mol·L^－1·min^－1；②從表中數據可以看出，當反應進行到20min時，各物質的濃度保持不變，即反應達到平衡狀態，平衡常數需用平衡濃度進行計算，；③因為該反應前后氣體分子總數相同，故在一定溫度下，增大一氧化氮的濃度，實際上相當于增大壓強，平衡不移動，故平衡時其轉化率不變；④該反應前后氣體分子總數相同，故壓強的變化不能使平衡發生移動，故A不能用于判斷反應是否達到平衡狀態；當v_正(NO) = 2v_逆(N₂)時，才能用于判斷，B錯誤；二氧化碳的濃度從0逐漸增大，當體積分數不變時，反應達到平衡狀態，C正確；該反應體系中有非氣態的物質參加，故混合氣體的密度可以用來判斷反應是否達到平衡，D正確；⑤從表中數據發現，二氧化碳的濃度降低比一氧化氮降低的多，而氮氣的濃度反而增大，故是通過減小 CO₂的濃度進行改變的，平衡向右移動。
考點：化學平衡
點評：化學平衡是歷年高考重中之重，考生一定要系統備考此知識點。難度較大。