Question

火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NO_x)、二氧化硫和二氧化碳等气体会对环境造成严重影响。对燃煤废气进行脱硝､脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。

（1）脱硝。

利用甲烷催化还原NO_x：

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
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                                     。

（2）脱碳。将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H₃

①取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1∶3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应,反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如右图所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应热△H₃_____0(填“>”､“<”或“=”)，该反应的平衡常数表达式为                     。

②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如右图所示，试回答：

0~10 min内，氢气的平均反应速率为_____mol/(L·min)。第10 min后，若向该容器中再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，则再次达到平衡时CH₃OH(g)的体积分数            (填“变大”､“减少”或“不变”)。

（3）脱硫。

①有学者想利用如右图所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料。A､B是惰性电极，A极的电极反应式为：                                                 。

②某种脱硫工艺中将废气处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物，可作为化肥。常温下，将NH₄NO₃ 溶解于水中，为了使该溶液中的NH₄⁺ 和 NO₃^-离子的物质的量浓度之比等于1 : 1，可以采取的正确措施为（     ）

A．加入适量的硝酸，抑制 NH₄⁺的水解

B．加入适量的氨水，使溶液的 PH = 7

C．加入适量的 NaOH 溶液，使溶液的PH = 7

D．加入适量的NH₄NO₃

Answer

（1）CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH=-867 kJ/mol （2）① < K= ② 0.225 变大（3）SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ B

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律分析，（①+②）/2即可得热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH=（-574-1160）/2=-867 kJ/mol （2）① 由图分析，最高点为平衡点，到平衡后，温度越高，甲醇的体积分数越小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，化学平衡常数为生成浓度的系数次幂的乘积与反应物浓度的系数次幂的乘积的比值，所以平衡常数为K=。 ② 由图可知，10分钟时，反应已经到平衡，二氧化碳的浓度改变量为1.00-0.25=0.75mol/L，所以10分钟内，二氧化碳的反应速率=0.75/10=0.075 mol/(L·min)，根据反应速率比等于化学计量数比分析，氢气的反应速率等于0.225 mol/(L·min)。第10分钟后，向该容器中再充入1摩尔二氧化碳和3摩尔氢气，等效为增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的体积分数变大。（3）该电池中，负极失去电子被氧化啊，所以负极上投放的是二氧化硫，二氧化硫失去电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应为SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ 。在硝酸铵溶液中因为铵根离子水解，所以比值不是1:1，要是铵根离子和硝酸根离子的物质的量的浓度比为1:1，则使水解平衡逆向移动。A、加入适量的硝酸，抑制铵根离子水解，但引入硝酸根离子，所以错误；B、加入适量的氨水，使溶液显中性，根据电荷守恒，铵根离子浓度等于硝酸根离子浓度，正确；C、加入适量的氢氧化钠，铵根离子和氢氧根反应生成一水合氨，错误；D、加入适量的硝酸铵，溶液仍为酸性，铵根离子和硝酸的浓度仍不相等，错误。故选B。

考点：热化学方程式，原电池和电解池的工作原理的应用，化学平衡的影响因素，化学平衡计算