Question

【題目】火力發(fā)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對環(huán)境造成嚴重影響。對燃煤廢氣進行脫硝脫硫和脫碳等處理，可實現綠色環(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NOx：

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574 kJ/mol

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-1160 kJ/mol

則甲烷直接將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

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(fā)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CO2轉化為甲醇的反應熱△H3_____0(填“>”“<”或“=”)，該反應的平衡常數表達式為_______________。

②在一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/(L·min)。第10 min后，若向該容器中再充入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”，下同)，反應的平衡常數_____________________。

(3)脫硫。

①有學者想利用如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉化為重要的化工原料。AB是惰性電極，A極的電極反應式為：_________。

②某種脫硫工藝中將廢氣處理后，與一定量的氨氣、空氣反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物，可作為化肥。常溫下，將NH4NO3 溶解于水中，為了使該溶液中的NH4+ 和 NO3-離子的物質的量濃度之比等于1 : 1，可以采取的正確措施為_________�！　�

A．加入適量的硝酸，抑制 NH4+的水解　　

B．加入適量的氨水，使溶液的 PH = 7　　

C．加入適量的 NaOH 溶液，使溶液的PH = 7　　

D．加入適量的NH4NO3

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=867kJ/mol < 0.225 變大 不變 SO22e+2H2O=4H++SO42 B

【解析】

(1)依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；

（2）①由圖可知，到達平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應進行；化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值；

②先根據圖表，利用v=計算v(CO2)，再利用各物質的反應速率之比等于計量數之比，確定v(H2)；到達平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應進行；化學平衡常數只受溫度的影響；

（3）①SO2與O2反應生成SO3，SO3再與水化合生成硫酸，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；

②硝酸銨是強酸弱堿鹽，由于NH4+水解，因銨鹽要發(fā)生水NH4++H2ONH3H2O+H+，導致溶液中c(NH4+)<c(NO3)，根據加入的物質對銨根離子水解平衡的影響進行分析；

(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=574kJmol1

②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=1160kJmol1

由蓋斯定律(①+②)×得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=867kJ/mol，

故答案為：CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=867kJ/mol；

(2)①由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H3<0，化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，則化學平衡常數為K=，

故答案為：<；；

②由圖可知，10min時，反應已經達平衡，△c(CO2)=1.00mol/L0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內，v(CO2)==0.075mol/(Lmin)，反應速率之比等于計量數之比，故v(H2)=3v(CO2)=3×0.075mol/(Lmin)=0.225mol/(Lmin)，第10min后，向該容器中再充入1molCO2和3molH2，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CH3OH(g)的體積分數增大，化學平衡常數只受溫度的影響，故化學平衡常數不變，

故答案為：0.225；變大；不變；

(3)①該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，則A為負極，A電極發(fā)生的反應為：SO22e+2H2O=4H++SO42，

故答案為：SO22e+2H2O=4H++SO42；

②硝酸銨是強酸弱堿鹽，由于NH4+水解，因銨鹽要發(fā)生水NH4++H2ONH3H2O+H+，導致溶液中c(NH4+)<c(NO3)。

A. 加入硝酸，氫離子的濃度增大能抑制銨根離子的水解，但硝酸中有硝酸根離子導致硝酸根離子的濃度增大，c(NH4+)<c(NO3)，故A錯誤；

B. 加入氨水使溶液的PH=7，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，溶液呈中性，溶液中陰陽離子所帶的電荷相等，所以c(NH4+):c(NO3)=l:l，故B正確；

C. 加入適量的NaOH，使溶液的pH=7，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，溶液呈中性，溶液中陰陽離子所帶的電荷相等，[c(NH4+)+C(Na+)]:c(NO3)=l:l，所以c(NH4+):c(NO3)小于l:l，故C錯誤；

D. 再加入適量的NH4NO3，不能抑制銨根離子的水解，仍存在c(NH4+):c(NO3)小于l:l，故D錯誤；

故答案選B。