Question

（2011?天津模擬）火力發電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環境污染．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NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
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

．
（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取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH） 與反應溫度T的關系曲線如圖1所示，則上述CO₂轉化為甲醇的反應的△H₃

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．試回答：0～10min內，氫氣的平均反應速率為

0.225

mol/（L?min）；該溫度下，反應的平衡常數的值為

16

3

；第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達到平衡時CH₃OH（g）的體積分數

變大

（填變大、減少、不變）．
（3）脫硫．某種脫硫工藝中將廢氣經處理后，與一定量的氨氣、空氣反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產品化肥．硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其原因用離子方程式表示為

NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺

；在一定物質的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）

＜

c（NO₃^-）+c（OH^-）（填寫“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

分析：（1）根據蓋斯定律和熱化學方程式的意義和書寫方法來回答；
（2）①根據溫度對化學平衡移動的影響知識來回答；
②根據化學反應速率v=

△c

△t

以及平衡常數的計算方法：三段式來計算，并根據壓強對化學平衡移動的影響知識來回答；
（3）溶液中銨根離子水解顯示酸性，硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液溶液的pH=7，則氫離子和氫氧根離子濃度相等，根據電荷守恒來計算．

解答：解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
則CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

1

2

（-574kJ?mol^-1-1160kJ?mol^-1）=-867 kJ/mol
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①根據圖是內容知道：溫度升高，甲醇的體積分數φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，所以反應是放熱的，即△H＜0，故答案為：＜；
 ②0～10min內，二氧化碳的平均反應速率=

1.0mol/L-0.25mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），所以氫氣的反應速率是3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
         CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始濃度：1       3          0         0
變化濃度：0.75     2.25     0.75      0.75
平衡濃度：0.25     0.75     0.75       0.75
所以平衡常數K=

0.752

0.25×0.753

=

16

3

向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，會使得壓強增大，平衡正向移動，所以則再次達到平衡時CH₃OH（g）的體積分數變大，故答案為：0.225；

16

3

；變大；
（3）硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其原因是溶液中銨根離子水解顯示酸性，即NH₄⁺+H₂O═NH₃?H₂O+H⁺，硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），故答案為：＜．

點評：本題涉及化學反應中的能量變化以及化學平衡知識的綜合計算知識，屬于綜合知識的考查，難度大．