Question

氮的氧化物和SO₂是常見的化工原料，但也是大氣的主要污染物．綜合治理其污染是化學家研究的主要內容．根據題意完成下列各題：
（1）用甲烷催化還原一氧化氮，可以消除一氧化氮對大氣的污染．反應方程式如下：CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）該反應平衡常數表達式為______．
（2）硫酸生產中，接觸室內的反應：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）；SO₂的平衡轉化率與體系總壓強的關系如圖1所示．某溫度下，將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于30L剛性密閉容器中，30秒反應達平衡后，體系總壓強為2.70MPa．用氧氣表示該反應的平均速率是______mol?L^-1?min^-1．
（3）右圖平衡狀態由A變到B時，改變的外界條件是______．
a．又加入一些催化劑　　b．又加入一些氧氣 c．降低了體系的溫度　　d．升高了外界的大氣壓
（4）新型納米材料氧缺位鐵酸鹽MFe₂O_x在常溫下，能將氮的氧化物和SO₂等廢氣分解除去．轉化流程如圖2所示，若x=3.5，M為Zn，請寫出ZnFe₂O_3.5分解SO₂的化學方程式______．

Answer 1

（1）該反應平衡常數表達式為：K=，
故答案是：K=；
（2）此時二氧化硫的轉化率是0.8，根據反應2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），消耗氧氣的物質的量是：n（O₂）=×n（SO₂）=0.5×2.0mol×0.8=0.8mol，消耗氧氣的濃度是：c（O₂）=≈0.02667mol/L，用氧氣表示反應速率為：=0.0533mol?L^-1?min^-1，
故答案是：0.0533
（3）a、又加入一些催化劑，催化劑不影響化學平衡，故a錯誤；
b、又加入一些氧氣，氣體物質的量增大，壓強增大；反應物氧氣濃度增大，二氧化硫的轉化率升高，故b正確；
c、反應是放熱反應，降低溫度，平衡向著正向移動，氣體的物質的量減少，壓強減小，故c錯誤；
d、升高了外界的大氣壓，化學平衡不移動，故d錯誤；
故選b；
（4）由題意可知，鐵酸鹽（MFe₂O₄）經高溫還原而得，則反應物中MFe₂O_x為還原劑，SO₂為氧化劑，生成物為MFe₂O₄和S，則反應的關系式為MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S，
故答案為：MFe₂O_x+SO₂→MFe₂O₄+S．
分析：（1）可以根據平衡常數表達式完成；
（2）根據反應2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）及總壓強為2.70MPa時二氧化硫的轉化率計算出用氧氣表示的反應速率；
（3）狀態由A變到B時，二氧化硫轉化率升高，壓強增大，根據平衡移動原理分析；
（4）從氧化還原反應的角度判斷反應產物，進而寫出相關反應的方程式．
點評：本題考查了化學平衡常數、平衡轉化率、影響化學平衡的外界條件綜合應用及知識遷移能力等考點，題目難度中等．