Question

【題目】火力發電廠釋放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會對環境造成嚴重影響。對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的。

（1）脫硝。利用甲烷催化還原NOx：

CH4(g）＋4NO2(g）=4NO(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H1＝－574 kJ/mol

CH4(g）＋4NO(g）=2N2(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol

則甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為______________。

（2）脫碳。將CO2轉化為甲醇的熱化學方程式為：

CO2(g）＋3H2(g）CH3OH(g）＋H2O(g） △H3

①該反應的平衡常數表達式為_____________。

②在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，進行上述反應。測得CO2和CH3OH(g）的濃度隨時間變化如右圖所示。

試回答：0~10 min內，氫氣的平均反應速率為______________mol/（L·min）。

（3）脫硫。

①有學者想利用如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉化為重要的化工原料，A、B是惰性電極。

A極的電極反應式為_____________。

②某種脫硫工藝中將廢氣處理后，與一定量的氨氣、空氣反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物，可作為化肥。硫酸銨和硝酸銨的水溶液pH＜7，常溫下，向一定物質的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO3-和NH4+的物質的量濃度相等，則溶液的pH__________7（填寫“＞”“＝”或“＜”）。

（4）金屬冶煉和金屬化合物處理常涉及氧化還原反應。

若用惰性電極電解飽和NaCl溶液一段時間當陽極產生56 mL（標準狀況下）氣體，電解后溶液體積為500 mL時，求所得溶液在25℃時的pH =__________。

Answer 1

【答案】CH4(g）＋2NO2(g）＝CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol； K＝ 0.225 SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+ = 12

【解析】

（1）根據蓋斯定律書寫正確的熱化學方程式；

（2）①平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值；

②根據圖象計算CO2的速率，利用速率之比等于化學計量數之比計算H2的速率；

（3）①SO2與O2反應生成SO3，SO3溶于水生成H2SO4，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發生氧化反應，正極發生還原反應；

②硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液后，溶液的pH=7，因此c(H+)=c(OH-)，根據電荷守恒進行判斷；

（4）電解飽和食鹽水的反應為：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，根據方程式計算生成的NaOH的物質的量，再計算溶液的pH。

（1）①CH4(g）＋4NO2(g）=4NO(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H1＝－574 kJ/mol

②CH4(g）＋4NO(g）=2N2(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol

根據蓋斯定律有可得熱化學方程式為：CH4(g）＋2NO2(g）＝CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）①平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值，即K＝

②由圖象可知CO2的濃度變化量為1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，v(CO2)===0.075mol/(Lmin)，又因速率之比等于化學計量數之比，因此v(H2)= 3v(CO2)=0.075×3=0.225mol/(Lmin)；

（3）①原電池中，負極上失去電子發生氧化反應，因此A極通入SO2，作負極，電極反應為：SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+；

②常溫下，向一定物質的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO3-和NH4+的物質的量濃度相等，根據電荷守恒有c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(NO3-)，因此c(H+)=c(OH-)，溶液的pH=7；

（4）陽極產生56 mL（標準狀況下）氣體若設該氣體為Cl2，那么生成的NaOH的物質的量為×2=0.005mol，c(NaOH)==0.01mol/L，因此c(H+)==10mol/L，即pH=12。