Question

【題目】氮氧化物（NOx）、SO2和CO2等氣體會造成環境問題。對燃煤廢氣進行化學方法處理，可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的。

（1）利用甲烷催化還原NOx：

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－572 kJ·mol-1

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－1160 kJ·mol-1

寫出甲烷將NO2還原為N2并生成氣態水時的熱化學方程式________。

（2）工業上利用CO2生成甲醇燃料，反應為：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol-1

將6 mol CO2和8 mol H2充入容器為2 L的密閉容器中，恒溫下，H2的物質的量隨時間變化如圖1實線所示（圖中字母后的數字表示對應坐標）。

①該反應在0 min～8 min內CO2的平均反應速率為________。

②僅改變某一條件再進行實驗，測得H2物質的量變化如圖1虛線所示。與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是________，曲線Ⅱ改變的條件可能是________。

（3）反應：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH＝－129.0 kJ/mol可用于合成甲醇。按照相同的物質的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖2所示。下列說法正確的是________（填字母）

A．溫度：T1＞T2＞T3

B．正反應速率：ν(a)＞ν(c)、 ν(b)＞ν(d)

C．平衡常數：K(a)＞K(c)、 K(b)＝K(d)

D．平均摩爾質量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d)

（4）常溫下，Ksp(BaCO3)＝2.5×10-9，Ksp(BaSO4)＝1.0×10-10，控制條件可實現如下沉淀轉換：BaSO4(s)＋CO32-(aq) BaCO3(s)＋SO42-(aq)該反應平衡常數K的表達式為：K＝________，欲用1 L Na2CO3溶液將0.01 mol BaSO4全部轉化為BaCO3，則Na2CO3溶液的最初濃度應不低于________。

Answer 1

【答案】 CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）+ CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－866 kJ·mol-1 0.125 mol·L-1·min-1 升溫（或增大生成物濃度） 加壓（或增大二氧化碳濃度） CD （若計算出結果0.04同樣給分） 0.26 mol/L

【解析】(1)已知：①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-572kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJmol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44kJmol-1，根據蓋斯定律：(①+②)÷2可得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=－866 kJmol-1；

(2)①從圖象可知0～8min內H2的物質的量反應了6mol，根據方程式，則0～8min內CO2的物質的量變化為2mol，所以0～8min內CO2的平均反應速率為=0.125molL-1min-1；

②曲線Ⅰ反應速率加快，平衡后的氫氣比原平衡含量高，說明反應逆向移動，曲線Ⅱ反應速率加快，平衡時氫氣含量降低，說明反應正向移動，反應速率加快且平衡發生移動的有升溫和加壓，反應是個放熱、氣體體積減小的反應，升高溫度，平衡逆向移動，符合Ⅰ，增大壓強，平衡正向移動，符合Ⅱ；

(3)A．該反應為放熱反應，溫度越低，轉化率越低，則溫度：T2＞T2＞T1，故A錯誤；B．a、c溫度不同，b、d壓強不同，溫度越大壓強越大，反應速率越快，則正反應速率：ν(a)＜ν(c)、ν(b)＞ν(d)，故B錯誤；C．K只與溫度有關，溫度越高，放熱反應的K越小，則平衡常數：K(a)＞K(c)、K(b)=K(d)，故C正確；D．質量不變，CO的轉化率越大，平衡后氣體的物質的量越小，則M越大，則平均摩爾質量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d)，故D正確；故答案為CD；

(4)反應BaSO4(s)＋CO32-(aq) BaCO3(s)＋SO42-(aq)的平衡常數K的表達式K＝==0.04，c(SO42-)=0.01/Lmol，所以≤0.04，c(CO32-)≥0.25+0.01=0.26mol/L。