Question

霧霾已經嚴重影響我們的生存環境。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。

圖22-1                  圖22-2                     圖22-3
（1）利用甲烷催化還原NO_x：
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
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為                   。
（2）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（見圖22-1），則上述CO₂轉化為甲醇反應的△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22-2所示。
下列說法正確的是    （填字母代號）。

A．第10min后，向該容器中再充入1molCO2和3molH2，則再次達到平衡時c(CH3OH) ="1.5" mol/L

B．達到平衡時，氫氣的轉化率為0.75

C．0～10分鐘內，氫氣的平均反應速率為0.075mol/（L?min）

D．該溫度下，反應的平衡常數的值為3/16

E．升高溫度將使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大
（3）某種脫硫工藝中將煙氣經處理后，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。設煙氣中的SO₂、NO₂的物質的量之比為1∶1，則該反應的化學方程為              。
（4）電化學降解NO₃^- 的原理如題22-3圖所示。
①電源正極為       (填“A”或“B”)，陰極反應式為                     。
②若電解過程中轉移了1mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差(△m_左－△m_右)為     g。

Answer 1

（1）CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=-867kJ?mol^-1 （2）①＜ ②B
（3）12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃
（4）①A， 2NO₃^-+6H₂O+10e^-＝N₂↑+12OH^-   ②7.2

試題分析：（1）（①+②）÷2可得：CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H=-867kJ?mol^-1
（2）① 由甲醇的體積分數φ(CH₃OH) 與反應溫度T的關系曲線可以看出：當升高溫度時甲醇的體積分數減小，說明升高溫度化學平衡向逆反應方向移動。根據平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應反應移動，逆反應方向是吸熱反應，所以正反應為放熱反應，所以△H＜0.② CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)由圖可知：反應的容器容積為1L，當反應進行到10分鐘時達到平衡，此時CO₂的轉化率為0.75. CH₃OH的平衡濃度為0.75mol/L.A. 此時若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，假如平衡不發生移動，由于C（CO₂）C(H₂)都是原來的2倍，則再次達到平衡時c(CH₃OH) ="1.5" mol/L。而實質上這是一個反應前后氣體體積不等的可逆反應，增大反應物的濃度，也就增大了壓強。增大壓強化學平衡向氣體體積減小的方向即正反應方向移動。所以當達到新的平衡時c(CH₃OH)大于1.5 mol/L。錯誤。B.由于在反應中CO₂和H₂是按照1:3關系反應的，投入量也是按照1:3加入的，所以再次達到平衡時，氫氣的轉化率不變，仍為0.75。正確。C．0～10分鐘內，V(CO₂)= ΔC/Δt="0.75mol/L÷10min=" 0.075mol/( L?min) .V(H₂): V(CO₂)=3:1,所以V(H₂) ="3" V(CO₂)= 3×0.075mol/( L?min) = 0.225mol/( L?min).錯誤。D．該溫度下，反應的平衡常數的值K="{" c(CH₃OH)·c(H₂O)}÷{ c(CO₂)·c³(H₂)}=" (0.75×0.75)" ÷{0.25×(3-0.75)³}=0.1975.錯誤.E.由于該反應的正反應是放熱反應，所以升高溫度將使平衡逆向移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)減小。錯誤。正確選項為B。（3）該反應的化學方程為12NH₃+3O₂+4SO₂+ 4NO₂+6H₂O= 4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃（4）① 由于NO₃^- →N₂ ，得到電子，所以應該接電源的負極，作陰極。即A為電源的正極，B為電源的負極。陰極反應式為2NO₃^-+10e-+6H₂O=N₂↑+12OH-。② 電解池右側NO₃^-轉化成N₂，發生還原反應：2 NO₃^-+10e^－+6H₂O = N₂↑+ 12OH^－ ，其電極應為陰極，則左側發生 氧化反應：2H₂O―4 e^－ =O₂↑+4H⁺，其電極作陽極，與其相連的A端為電源的正極；轉移1mol電子時，左側減少0.1molN₂，2.8g，右側生成0.25molO₂,8g，1molH⁺，由于H+可通過質子交換膜由左側進入右側，則右側電解液質量實際減少：2.8g-1g=1.8g，左側電解液質量實際減少：8g+1g=9g，則兩側質量差為9g -1.8g=7.2g。₃^- 的原理等的知識。