Question

（14分）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造成環(huán)境污染。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NOx：

CH4（g）＋4NO2（g）＝4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） △H1＝－574 kJ·mol－1

CH4（g）＋4NO（g）＝2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g） △H2＝－1160 kJ·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)化為甲醇的熱化學(xué)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(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，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH3OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，

則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H3__________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

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(yīng)。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(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為 mol/（L·min）；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為 ；第10 min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(shù) （填變大、減少、不變）。

（3）脫硫。某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥。硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其原因用離子方程式表示為 ；在一定物質(zhì)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

（1）CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H＝－867 kJ/mol（2分）

（2）①＜ （2分） ②0.225 （2分） ，16/3 （2分），變大（2分）

（3）NH4++H2O NH3·H2O+H+ （2分） ， ＜（2分）

【解析】

試題分析：（1）將兩式相加，整理可得：CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H＝－867 kJ/mol；（2）①根據(jù)圖像可知：在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高，反應(yīng)速率越快，在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的甲醇就越多，當溫度升高到一定溫度后隨著反應(yīng)溫度的升高，甲醇的含量反而降低，是因為當反應(yīng)達到平衡后，升高溫度，平衡向逆向移動，根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故△H3＜0；②0~10 min內(nèi)，V(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(L·min),V(H2)=3 V(CO2)= 3×0.075mol/(L·min)=0.225 mol/(L·min)；該溫度下，反應(yīng)達到平衡時各種物質(zhì)的濃度分別是：C(CO2)=0.25mol/L;C(H2)=0.75mol/L；C(CH3OH)=0.75mol/L；C(H2O)= 0.75mol/L。所以反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為K=第10 min后，向該容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，由于該反應(yīng)是在恒容條件下進行，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強，平衡正向移動，因此當再次達到平衡時CH3OH（g）的體積分數(shù)將增大；（3）硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其原因是鹽是強酸弱堿鹽，NH4+發(fā)生水解反應(yīng)消耗水電離產(chǎn)生的OH-，最終使溶液中c(H+)>c(OH-)。用離子方程式表示為NH4++H2O NH3·H2O+H+。在一定物質(zhì)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，則根據(jù)電荷守恒，c(NH4+) +c(Na+) + c(H+)=c(NO3-) + c(OH-),所以溶液中c(Na+) + c(H+)＜c(NO3-) + c(OH-)。

考點：考查蓋斯定律的應(yīng)用、反應(yīng)熱的判斷、平衡常數(shù)的計算、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、微粒濃度的比較。