Question

【題目】火力發電廠釋放出大量的氮氧化物(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) ΔH1=574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)== =2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=1160kJ·mol1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為 。

（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) 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1 mol CO2和3 mol H2，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：0～10 min內，氫氣的平均反應速率為 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，向該容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，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。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】（除注明外，每空2分）

（1） CH4(g)+2NO2(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=867 kJ·mol1

（2）①＜（1分） ②0.225 5.3 增大（1分）

（3）①12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O===4(NH4)2SO4+4NH4NO3

②NH4++H2ONH3·H2O+H+ ＜（1分）

【解析】

試題分析：

（1）已知：CH4(g)+4NO2(g) ===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574 kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g) ===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=1160 kJ·mol1

根據蓋斯定律，兩式相加除以2即得相應的熱化學方程式：

CH4(g)+2NO2(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=867 kJ·mol1。

（2）①五份混合氣體組成相同、體積相等，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中發生反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ (CH3OH)不相等，因反應速率隨溫度升高而增大，所以圖像中最高點時反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，根據平衡移動規律可判斷逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，故ΔH3＜0。

②初始濃度c(CO2)=1.0 mol·L1，由圖像可知，0～10 min內，氫氣的平均反應速率為v(H2)=3v(CO2)= =0.225 mol·L1·min1；反應是按化學方程式計量數投料的，已知平衡時c(CO2)=0.25 kJ·mol1，則c(H2)=0.75 kJ·mol1，又已知c(CH3OH)= c(H2O)=0.75kJ·mol1，則平衡常數；第10 min后，向該容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2的操作可設計為兩步完成，首先將容器體積擴大為原來的2倍，充入1 mol CO2和3 mol H2，達到的平衡狀態與原平衡等效，CH3OH(g)的體積分數不變，為滿足題給條件，需進行第二步操作即將容器壓縮為原來的體積，此時由于壓強增大，平衡向正反應移動，再次達到平衡時，氣體總的物質的量減小，而CH3OH的物質的量增大，所以甲醇的體積分數φ (CH3OH)增大。

（3）①已知反應物為SO2、NO2、NH3、O2，且SO2、NO2的物質的量之比為1∶1，生成物為兩種氮肥(NH4)2SO4和NH4NO3，反應可表示為NH3+O2+SO2+NO2→(NH4)2SO4+NH4NO3，根據化合價升降進行配平，注意SO2與NO2的物質的量相等，配平時在反應物中補上水分子即得該反應的化學方程式：12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O===4(NH4)2SO4+4NH4NO3。

②硫酸銨和硝酸銨的水溶液pH＜7，是由NH4+水解引起的，反應的離子方程式為+H2ONH3·H2O+H+；硝酸銨與NaOH反應后的混合溶液中，根據電荷守恒有：c(Na+)+c(H+)+c(NH4+) =c()+c(OH)，c()＞0，所以c(Na+)+c(H+)＜c()+c(OH)。