Question

10．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）處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx．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）利用反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O處理NO₂．當轉(zhuǎn)移1.2mol電子時，消耗的NO₂在標準狀況下是6.72L．NO₂也可用NaOH溶液吸收，生成兩種鹽，該反應的化學方程式為：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O．
（3）降低汽車尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$，該反應△S＜ 0（填“＞”或“＜”），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(zhì)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(fā)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(zhuǎn)化為SO_42-而實現(xiàn)SO₂的處理（總反應為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）．已知，含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、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）利用蓋斯定律分析，不管化學反應是一步或分幾步完成，其反應熱是不變的；依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律構造目標熱化學方程式并計算反應熱；
（2）根據(jù)化合價的變化結合方程式計算；NaOH溶液吸收NO₂，生成兩種鹽，二氧化氮被氧化生成硝酸根離子；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)概念列式計算，△S表示反應的熵變，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
（4）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-該過程為氧氣氧化二價鐵離子到三價鐵離子，然后用三價鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式．

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
由蓋斯定律（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）反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合價降低，由+4價降低到0價，則6molNO₂參加反應，轉(zhuǎn)移24mol電子，所以當轉(zhuǎn)移1.2mol電子時，消耗NO₂0.3mol，體積為6.72L，
NaOH溶液吸收NO₂，生成兩種鹽，二氧化氮被氧化生成硝酸根離子，同時二氧化氮被還原生成亞硝酸根離子，反應方程式為：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，
故答案為：6.72； 2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O；
（3）反應方程式2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的化學平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$，
△S表示反應的熵變，該反應為氣體體積減小的反應，所以△S＜0，
依據(jù)圖象分析，15分鐘時達到平衡時氮氣濃度為0.2mol/L，NO平衡濃度為1.6mol/L，一氧化碳濃度為0.6mol/L，二氧化碳濃度為0.4mol/L，2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0；平衡常數(shù)K=$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$=$\frac{0.2×0.4{\;}^{2}}{0.6{\;}^{2}×1.6{\;}^{2}}$=0.035，若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，濃度分別為c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=$\frac{0.8×0.4{\;}^{2}}{1.6{\;}^{2}×1.2{\;}^{2}}$=0.035=K，平衡不移動，
20min時，若改變反應條件，導致N₂濃度發(fā)生如圖1所示的變化，斜率減小反應速率減小，氮氣濃度增大，反應是氣體體積減小的放熱反應，則改變的條件可能是降溫，
故答案為：$\frac{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{2}（CO{\;}_{2}）}{C{\;}^{2}（NO）C{\;}^{2}（CO）}$；＜；不；②；
（4）常溫下將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₄^2-而實現(xiàn)SO₂的處理．含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺、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三價鐵離子氧化二氧化硫到硫酸根離子，反應的離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂0=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查了反應熱的計算、化學反應速率與化學平衡圖象的綜合利用、化學平衡常數(shù)的計算、氧化還原反應方程式的書寫等知識，題目難度較大，試題的計算量較大，涉及的知識點較多，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力，（3）為難點，注意先計算出化學平衡常數(shù)，然后再根據(jù)濃度商判斷平衡移動方向．