Question

氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行化学方法处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。

（1）利用甲烷催化还原NO_x：

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

写出甲烷将NO₂还原为N₂并生成气态水时的热化学方程式________。

（2）工业上利用CO₂生成甲醇燃料，反应为：

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

将6 mol CO₂和8 mol H₂充入容器为2 L的密闭容器中，恒温下，H₂的物质的量随时间变化如图1实线所示（图中字母后的数字表示对应坐标）。

①该反应在0 min～8 min内CO₂的平均反应速率为________。

②仅改变某一条件再进行实验，测得H₂物质的量变化如图1虚线所示。与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是________，曲线Ⅱ改变的条件可能是________。

（3）反应：CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)  ΔH＝－129.0 kJ/mol可用于合成甲醇。按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示。下列说法正确的是________（填字母）

A．温度：T₁＞T₂＞T₃

B．正反应速率：ν(a)＞ν(c)、 ν(b)＞ν(d)

C．平衡常数：K(a)＞K(c)、 K(b)＝K(d)

D．平均摩尔质量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d)

（4）常温下，K_sp(BaCO₃)＝2.5×10^-9，K_sp(BaSO₄)＝1.0×10^-10，控制条件可实现如下沉淀转换：BaSO₄(s)＋CO₃^2-(aq) BaCO₃(s)＋SO₄^2-(aq)该反应平衡常数K的表达式为：K＝________，欲用1 L Na₂CO₃溶液将0.01 mol BaSO₄全部转化为BaCO₃，则Na₂CO₃溶液的最初浓度应不低于________。

Answer

CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）+ CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－866 kJ·mol-1 0.125 mol·L-1·min-1 升温（或增大生成物浓度） 加压（或增大二氧化碳浓度） CD （若计算出结果0.04同样给分） 0.26 mol/L

【解析】(1)已知：①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-572kJ•mol-1，②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44kJ•mol-1，根据盖斯定律：(①+②)÷2可得CH4(g)+2NO2(g)=N2 (g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=－866 kJ•mol-1；

(2)①从图象可知0～8min内H2的物质的量反应了6mol，根据方程式，则0～8min内CO2的物质的量变化为2mol，所以0～8min内CO2的平均反应速率为=0.125mol•L-1•min-1；

②曲线Ⅰ反应速率加快，平衡后的氢气比原平衡含量高，说明反应逆向移动，曲线Ⅱ反应速率加快，平衡时氢气含量降低，说明反应正向移动，反应速率加快且平衡发生移动的有升温和加压，反应是个放热、气体体积减小的反应，升高温度，平衡逆向移动，符合Ⅰ，增大压强，平衡正向移动，符合Ⅱ；

(3)A．该反应为放热反应，温度越低，转化率越低，则温度：T2＞T2＞T1，故A错误；B．a、c温度不同，b、d压强不同，温度越大压强越大，反应速率越快，则正反应速率：ν(a)＜ν(c)、ν(b)＞ν(d)，故B错误；C．K只与温度有关，温度越高，放热反应的K越小，则平衡常数：K(a)＞K(c)、K(b)=K(d)，故C正确；D．质量不变，CO的转化率越大，平衡后气体的物质的量越小，则M越大，则平均摩尔质量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d)，故D正确；故答案为CD；

(4)反应BaSO4(s)＋CO32-(aq) BaCO3(s)＋SO42-(aq)的平衡常数K的表达式K＝==0.04，c(SO42-)=0.01/Lmol，所以≤0.04，c(CO32-)≥0.25+0.01=0.26mol/L。

点睛：盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。