Question

【題目】火力發電廠釋放出大量氮氧化合物(NOx)、SO2和CO2等氣體會造成環境問題。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

寫出CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的熱化學方程式：_________________。

(2)脫碳。

方法一：在恒容密閉容器中將CO2轉化為甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

①下列條件可以判定該反應到達平衡狀態的是_________(填字母)。

A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH) B．容器內氣體的密度不變

C．容器內壓強不變 D．反應不再釋放熱量

方法二：讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，測得壓強、溫度對CO的體積分數[φ(CO)％]的影響如圖所示，回答下列問題：

②圖中p1、p2、p3的大小關系是_________________，圖中a、b、c三點對應的平衡常數Ka、Kb、Kc大小關系是____________。

③900℃、1.013MPa時，1molCO2與足量碳反應達平衡后容器的體積為V L，CO2的轉化率為______(保留一位小數)，該反應的平衡常數K＝_________。

方法三：用NaOH溶液吸收CO2。

④在NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體，所得溶液中c(HCO32－):c(CO32－)=4:1，此時溶液的pH=_______。(已知：室溫下，H2CO3的K1=4×10－7，K2=5×10－11。lg2=0.3)

(3)脫硫。燃煤廢氣經脫硝、脫碳后，與一定量氨氣、空氣反應，生成(NH4)2SO4。(NH4)2SO4水溶液呈酸性的原因是_______________(用離子方程式表示)；室溫時，向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，則所得溶液中微粒濃度大小關系c(Na＋)____c(NH3·H2O)(填“＞”、“＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol CD p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% mol/L 9.7 NH4++H2ONH3·H2O+H+ =

【解析】

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

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

將(①+②)÷2，即得CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的熱化學方程式。

(2)①A．速率之比不等于化學計量數之比；

B．不管反應是否達平衡，容器內氣體的密度始終不變；

C．因為反應前后氣體分子數不等，所以平衡前，容器內壓強始終改變；

D．反應不再釋放熱量，則表明反應達平衡狀態。

②因為反應物的氣體分子數小于生成物的氣體分子數，所以減小壓強，CO的體積分數[φ(CO)％]增大，由此可得出圖中p1、p2、p3的大小關系；由圖中溫度與CO的體積分數[φ(CO)％]關系，可確定正反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，由此可確定Ka、Kb、Kc大小關系。

③900℃、1.013MPa時，φ(CO)％=80%，建立三段式，可求出CO2的轉化率和該反應的平衡常數K。

④在NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體，所得溶液中c(HCO32－):c(CO32－)=4:1，此時溶液中存在平衡CO32-＋H2OHCO3-＋OH-，Kb==，代入數據即可求出c(OH-)，從而求出pH。

(3)(NH4)2SO4為強酸弱堿鹽，NH4+水解使溶液呈酸性；室溫時，向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，則反應生成NaNH4SO4和NH3H2O，且NH4+不水解，NH3H2O不電離，由此可得出c(Na＋)與c(NH3·H2O)的關系。

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

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

將(①+②)÷2，即得CH4(g)與NO2(g)反應生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的熱化學方程式為CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol。答案為：CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H＝－867 kJ/mol；

(2) ①A．速率之比不等于化學計量數之比，不是平衡狀態，A不合題意；

B．不管反應是否達平衡，容器內氣體的密度始終不變，則密度不變時不一定是平衡狀態，B不合題意；

C．因為反應前后氣體分子數不等，所以平衡前，容器內壓強始終改變，壓強不變，說明反應達平衡，C符合題意；

D．反應不再釋放熱量，則表明反應達平衡狀態，D符合題意。答案為：CD。

②因為反應物的氣體分子數小于生成物的氣體分子數，所以相同溫度時，減小壓強，CO的體積分數[φ(CO)％]增大，由圖中CO的體積分數[φ(CO)％]關系，可確定p1、p2、p3的大小關系為p1<p2<p3；由圖中溫度與CO的體積分數[φ(CO)％]關系，可確定正反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，由此可確定Ka、Kb、Kc大小關系為Ka＝Kb＜Kc。答案為：p1<p2<p3；Ka＝Kb＜Kc；

③設CO2的變化量為x

，x=mol。

α(CO2)%== 66.7%，K==mol/L。答案為：66.7%；mol/L；

④在NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體，所得溶液中c(HCO32－):c(CO32－)=4:1，此時溶液中存在平衡CO32-＋H2OHCO3-＋OH-，Kb==，代入數據即可求出c(OH-)=5×10-5mol/L，c(H+)=2×10-10mol/L，從而求出pH=10-lg2=9.7。答案為：9.7；

(3)(NH4)2SO4為強酸弱堿鹽，NH4+水解使溶液呈酸性，離子方程式為NH4++H2ONH3H2O+H+；室溫時，向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH，發生反應為(NH4)2SO4+NaOH=NaNH4SO4+NH3H2O，溶液呈中性，則NH4+不水解，NH3H2O不電離，由此可得出c(Na＋)=c(NH3·H2O)。答案為：NH4++H2ONH3H2O+H+；=。