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（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
（1）處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原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
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為

CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．
（2）全釩氧化還原液流電池，是目前發展勢頭強勁的優秀綠色環保儲能電池．
其電池總反應為：V³⁺+VO²⁺+H₂O

充電

放電

VO₂⁺+2H⁺+V²⁺．充電過程中，H⁺向

陰極區

遷移（填“陰極區”或“陽極區”）．充電時陰極反應式為

V³⁺+e^-=V²⁺

．
（3）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉化器，發生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
該反應的化學平衡常數表達式為K=

K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．
若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，反應過程中各物質的濃度變化如圖所示．若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將

不

移動（填“向左”、“向右或“不”）．20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖所示的變化，則改變的條件可能是

②

（填序號）．
①加入催化劑　  ②降低溫度　  ③縮小容器體積　  ④增加CO₂的量
（4）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉化為SO₄^2-而實現SO₂的處理（總反應為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）．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

2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺

．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）根據電池總反應和參加物質的化合價的變化可知，反應中V²⁺離子被氧化，應是電源的負極，VO₂⁺離子化合價降低，被還原，應是電源的正極反應，根據原電池的工作原理進行分析；
（3）依據平衡常數概念列式計算，依據濃度商和平衡常數比較分析判斷；
（4）催化劑的特點，恢復原來狀態，Fe³⁺→Fe²⁺；可以降低SO₂的污染，同時制得硫酸；

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
依據蓋斯定律（①+②）÷2得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）依據電極原理分析，充電過程中，H⁺向陰極區移動；反應中VO₂⁺離子化合價降低，被還原，應是電源的正極反應，V²⁺離子被氧化，應是電源的負極，電極反應為V³⁺+e^-=V²⁺；
故答案為：陰極區；V³⁺+e^-=V²⁺；
（3）依據圖象分析，15分鐘時達到平衡時氮氣濃度為0.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；
平衡常數K=K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035，
若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為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=K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035=K，平衡不動，20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發生如圖1所示的變化，斜率減小反應速率減小，氮氣濃度增大，反應是氣體體積減小的放熱反應，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：不移動；②；
（4）根據催化劑的特點，另一個反應一定有Fe³⁺→Fe²⁺，反應方程式為 2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；通過反應，吸收了大氣污染物SO₂，同時制得了硫酸
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂ ═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池、電解池原理的應用，化學平衡常數計算方法，平衡移動方向判斷，反應離子方程式的書寫方法，題目難度中等．