Question

火力發(fā)電廠釋放出大量氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等氣體會造成環(huán)境問題．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)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(xué)方程式為

 

．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
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(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖1所示．回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為

 

mol/（L?min）；第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡

 

（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
②取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)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(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）脫硫．利用Na₂SO₃溶液可脫除煙氣中的SO₂．Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得．NaOH溶液吸收SO₂的過程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①由表判斷，NaHSO₃溶液顯

 

性，用化學(xué)平衡原理解釋：

 

．
②當(dāng)溶液呈中性時，離子濃度關(guān)系正確的是（選填字母）：

 

．
a．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素,離子濃度大小的比較

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個系數(shù)相加或相減得到；
（2）①先根據(jù)圖表，利用v=

△c

△t

計算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，確定v（H₂）；該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)平衡c(H2O)平衡

c(CO2)平衡c3(H2)平衡

，并據(jù)此判斷；
②到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進行，據(jù)此判斷；
（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強，則電離生成氫離子；
②吸收液呈中性時，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，結(jié)合電荷守恒解答．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)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，
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；       
（2）①由圖可知，10min時，反應(yīng)已經(jīng)達平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v（CO₂）=

△c(CO2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
∵根據(jù)圖象可知：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，因為CO₂的起始濃度為1mol/L而加入的物質(zhì)的量為1mol，所以可知容器的體積為1L，再根據(jù)反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O可求得，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75=0.75mol/L，c（H₂O）_平衡=c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，
該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)平衡c(H2O)平衡

c(CO2)平衡c3(H2)平衡

=

0.75mol/L×0.75mol/L

0.25mol/L×(0.75mol/L)3

=

16

3

，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g）時，比值

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75mol/L×1.75mol/L

1.25mol/L×(0.75mol/L)3

=

112

45

＜

16

3

，所以平衡要向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：0.225；正向；
②由圖可知最高點反應(yīng)到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越強，是因為溶液中存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，溶液顯酸性，
故答案為：酸；溶液中存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性；
②吸收液呈中性時，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，
a．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）=c（OH^-），則c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故a正確；
b．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故b正確；
c．電荷守恒式為c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故c錯誤；
故答案為：ab．

點評：本題以化石燃料載體，考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡移動的判斷，電解質(zhì)溶液中離子濃度大小的比較，綜合性較強，對學(xué)生分析問題解決問題的能力要求較高，試題較難．