Question

【題目】火力發電廠釋放出大量氮的氧化物（NOx）、二氧化硫等氣體會造成環境污染，對燃煤廢氣進行脫除處理。可實現綠色環保、低碳減排、廢物利用等目的。

（1）己知：N2 (g) +O2 (g) =2NO (g) △H=+180.5kJ·mol-1

C (s) +O2 (g)＝CO2 (g) △H=-393.5 kJ·mol-1

2C (s) +O2(g) =2CO (g)△H=-221 kJ·mol-1

若某反應的平衡常數表達式為： ，請寫出此反應的熱化學方程式_________。

（2）脫硝

利用甲烷與NO2反應，生成無污染的物質，則該反應的化學方程式為：___________。

（3）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）△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（見如圖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0.5molCO2和1.5molH2，進行上述反應．測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如上圖2所示．請回答：第10min后，若升溫，該反應的平衡常數將_____（填“變大”、“變小”、“不變”）；若向該容器中再充入1molCO2和3molH2再次達到平衡時，則CH3OH（g）的體積分數將___（“變大”、“變小”、“不變”）。

（4）脫硫

某種脫硫工藝中將廢氣經處理后，與一定量的氨氣、潮濕的空氣反應，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式為__________。若在0.1mol/L的硝酸銨溶液中加入等體積的0.09mol/L氨水，配制了pH=8.2的溶液，則該溶液中微粒濃度由大到小的順序為______________。

Answer 1

【答案】 2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=-746.5kJ/mol CH4 + 2NO2 = N2 + CO2 + 2H2O ＜ 變小 變大 12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3 c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O）> c（OH﹣）>c（H+）

【解析】（1）因為反應的平衡常數為，所以反應方程式為2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）。將第二個方程式擴大2倍，減去第一個方程式，再減去第三個方程式皆可以得到上面的反應，該反應的△H=2×(-393.5)－180.5－(-221)=-756.5 kJ/mol，所以熱化學方程式為：2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△ H=-746.5kJ/mol。

（2）甲烷與NO2反應，生成無污染的物質，一定是得到CO2、N2和H2O，根據化合價升降相等和原子個數守恒得到方程式為：CH4 + 2NO2 = N2 + CO2 + 2H2O。

（3）①該圖像是發生上述反應，反應相同時間后，再測體系中甲醇的體積分數，即不一定是平衡狀態的體積分數。當溫度比較低的時候，反應速率比較慢，則這個時間點上還沒有達平衡，那么反應的速率越快，反應的量越多，甲醇的體積分數越大；當溫度較高的時候，反應速率比較快，則這個時間點上應該已經達到平衡態，那么隨著溫度變化對平衡產生影響，甲醇的體積分數也會變化。根據以上理論，圖像中右半邊溫度較高的區域是平衡移動導致甲醇的體積變化，溫度升高肌醇體積分數降低，說明升溫平衡逆向移動，正反應放熱，即△H3＜0。

②該反應放熱，升高溫度平衡常數減小。恒容，原來加入0.5molCO2和1.5molH2，再充入1molCO2和3molH2，就是同時同比例增大所有反應物的濃度，甲醇體積分數的變化相當于不加入物質，直接增大壓強，增大壓強平衡向正反應方向移動，甲醇的體積分數增大。

（4）根據題目表述反應物為氨氣、二氧化硫、一氧化氮、水，生成物一定有硫酸銨和硝酸銨，所以得到部分反應方程式：NH3+O2+SO2+NO2+H2O→(NH4)2SO4+NH4NO3，因為煙氣中的SO2、NO2的物質的量之比為1:1，所以將兩者視為一個整體，化合價升高3價（S升高2價，N升高1價），O2降低4價，所以O2的系數為3，SO2、NO2的系數都是4。最后根據原子個數守恒配平即得：12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3。若在0.1mol/L的硝酸銨溶液中加入等體積的0.09mol/L氨水，則溶液中硝酸銨的濃度為0.05mol/L，一水合氨的濃度為0.045mol/L，即開始時可以認為：c（NH4+）＝ c（NO3﹣）＝0.05mol/L， c（NH3H2O）=0.045mol/L。溶液的pH=8.2，說明一水合氨的電離占主導地位。一水合氨電離為銨根離子，所以c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O），明顯溶液中一水合氨的電離程度較小，氫氧根的濃度應該遠小于一水合氨的濃度，溶液顯堿性有：c（OH﹣）>c（H+），所以有：c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O）> c（OH﹣）>c（H+）。