Question

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．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NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（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）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＜0
①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1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1mol CO₂和3mol H₂，則再次達到平衡時c（CH₃OH）=1.5mol?L^-1
B．0～10min內，氫氣的平均反應速率為0.075mol/（L?min）
C．達到平衡時，氫氣的轉化率為75%
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)

減小
②甲醇燃料電池結構如圖2所示．其工作時正極的電極反應式可表示為：

 

．
（3）脫硫．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．硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其中原因可用一個離子方程式表為：

 

；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^-）（填寫“＞”“=”或“＜”）．

Answer 1

分析：（1）利用蓋斯定律分析；
（2）①A、再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變為原來的2倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，反應物的轉化率增大；
B、利用v=

△n

△t

計算v（H₂）判斷；
C、根據轉化率的定義計算判斷；
D、該溫度下該反應的K=

[CH3OH][H2O]

[CO2][H2]3

，代入數據計算；
E、該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應進行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大．
②正極上氧化劑得電子發生還原反應；
（3）強酸弱堿鹽易水解而使其溶液呈酸性，根據電荷守恒判斷．

解答：解：（1）已知：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的．兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol  
即CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1；
（2）①由圖2可知，開始二氧化碳的濃度為1.0mol/L，開始容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，所以開始氫氣的濃度為3.0mol/L，容器體積為

1.0mol

1.0mol/L

=1L．
平衡時，甲醇的濃度為0.75mol/L
               CO₂（g）+3H₂（g） 

一定條件

CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1        3                 0        0
變化（mol/L）：0.75     2.25              0.75     0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75              0.75     0.75
A、通過上述計算可知二氧化碳的轉化率為

0.75mol/L

1.0mol/L

×100%=75%，再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變為原來的2倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，反應物的轉化率增大，所以再次達到平衡時c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A錯誤；
B、10分鐘內，氫氣的平均反應速率為v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），故C錯誤；
C．通過上述計算可知氫氣的轉化率為

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%，故C正確；
D、該溫度下該反應的K=

[CH3OH][H2O]

[CO2][H2]3

=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

=

16

3

，故D錯誤；
E、該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應進行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）值減小，故E正確．
故選：CE；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，所以電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（3）硫酸銨和硝酸銨都是強酸弱堿鹽，銨根離子易水解而使其溶液呈酸性，水解離子方程式為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，溶液呈中性，則c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在電荷守恒，則c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；＜．

點評：本題考查了蓋斯定律、原電池原理、化學平衡、鹽類水解等知識點，難點是化學平衡的有關計算，有關化學平衡的計算是考試熱點，難度中等．