Question

【題目】火力發電廠釋放的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環境污染和溫室效應。對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現節能減排、廢物利用等目的。

（1）脫硝：利用CH4催化還原NOx：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=1160kJ·mol-1

CH4直接將NO2還原為N2的熱化學方程為___。

（2）脫碳：將CO2轉化為甲醇（CH3OH）的熱化學方程式如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH3

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的關系曲線如圖所示，則上述反應的ΔH3____0(填“＞”“＜”或“=”)；

②在一個恒溫恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2，進行上述反應。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

試回答：

0～10min內，CO2的平均反應速率為___mol·L1·min1；該溫度下，反應的平衡常數的值為___(結果保留一位小數)；第10min后，若向該容器中再充入1molCO2和3molH2，則再次達到平衡時CH3OH(g)的體積分數____(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（3）脫硫：①某種脫硫工藝將廢氣經處理后，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。設參與反應的SO2、NO2的物質的量之比為1∶1，則該反應的化學方程式為___。

②硫酸銨和硝酸銨的水溶液pH＜7，其原因用離子方程式表示為___。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“＞”、“＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol或2CH4（g）+4NO2（g）=2N2（g）+2CO2（g）+4H2O（g） △H=-1734kJ/mol < 0.075 5.3 增大 12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3 NH4++H2ONH3H2O+H+ ＜

【解析】

（1）根據蓋斯定律，將兩個方程式通過如下變換(①+②)得到目標熱化學方程式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =(-574kJ·mol-1-1160kJ·mol-1)=-867 kJ/mol；

（2）①根據圖象分析知道：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ΔH<0；

②0-10min內，二氧化碳的平均反應速率v==0.075 mol·L-1·min-1；

反應常數K==5.3；

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，所以再次達到平衡時CH3OH(g)的體積分數增大;

（4）①根據題目參與反應的SO2、NO2的物質的量之比為1∶1，二者與氨氣和空氣反應的化學方程式為12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3；

②硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，溶液中存在電荷守恒：c(Na+)+c(H+)+c(NH4+)=c(NO3-)+c(OH-)，則c(Na+)+c(H+)<c(NO3-)+c(OH-)。