Question

二氧化硫和氮氧化物(NO_x)對大氣污染日趨嚴重，研究消除大氣污染的方法是化學工作者的重要課題，目前有很多種方法消除大氣污染。
（1）可利用甲烷催化還原NO_x的方法處理NO_x，反應如下：
CH₄(g)+4NO₂(g)＝ 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝ －574 kJ·mol­^－1
CH₄(g)+4NO(g)＝ 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝ －1160 kJ·mol^－1
則CH₄(g)+2NO₂(g)＝ N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)；△H＝          ；
（2）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。
若在一定溫度下，將2molNO、1molCO充入1L固定容積的容器中，15分鐘后達到平衡，反應過程中各物質的濃度變化如圖甲所示，則平衡常數K=     (小數點后保留3位)；

①若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO氣體0.6mol，平衡將    移動(填“向左”、“向右”或“不”)；
②若保持溫度不變，20min時向原平衡容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡將      移動(填“向左”、“向右”或“不”)；
③20min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          
(填字母)；

A．加入催化劑

B．降低溫度

C．縮小容器體積

D．增加CO2的量

（3）利用Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用，常溫下將SO₂轉化為SO₄^2－，從而實現對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                              ；

Answer 1

（1）△H=－867 kJ·mol^–1  (3分)
（2）K=0.035(或帶單位：L/mol)(3分)；向右、不移動； B(各2分)
（3）2Fe³⁺+SO₂+2H₂O＝2Fe²⁺+SO₄^2－+4H⁺(3分)

試題分析：（1） 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；
依據蓋斯定律計算①+ ②得到：CH₄(g) + 2NO₂(g) = N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)  △H=" –867" kJ·mol^–1；
故答案為：△H= –867 kJ·mol^–1；
（2）依據圖象分析，15min時達到平衡時N₂濃度為0.2mol·L^–1，NO平衡濃度為1.6mol·L^–1，CO濃度為0.6 mol·L^–1，CO₂濃度為0.4 mol·L^–1，反應2NO(g) + 2CO(g)  N₂(g) + 2CO₂(g)的平衡常數。故答案為：0.035。①若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO氣體0.6mol，此時c(CO) =" 1.2" mol·L^–1，而生成物濃度不變，根據平衡移動原理，平衡將正反應方向移動。②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)="1.6" mol·L^–1，c(CO)="0.6" mol·L^–1 + 0.6 mol·L^–1 =" 1.2" mol·L^–1，c(N₂) =" 0.2" mol·L^–1 + 0.6 mol·L^–1 =" 0.8" mol·L^–1，c(CO₂) =" 0.4" mol·L^–1；，平衡不動。③如圖甲所示，20min時，改變反應條件，導致反應速率減小，氮氣濃度增大，平衡正向移動。加入催化劑，平衡不移動，A不合題；反應是氣體體積減小的放熱反應，降溫可使平衡正向移動，氮氣濃度增大，B符合題意；縮小容器體積雖然可使平衡正向移動，但改變條件的瞬間，N₂濃度增大，與圖中描繪的情況不符，C不合題意；增加CO₂的量，平衡逆向移動，N₂濃度減小，D也不合題。故答案為：B。
（3） 總反應的離子方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O＝4H⁺ + 2SO₄^2－，總反應減去反應4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ ＝4Fe³⁺ + 2H₂O即得另一離子方程式：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O＝2Fe²⁺+SO₄^2－+4H⁺。