Question

17．火力發(fā)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(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
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol
（2）脫碳？將CO₂轉(zhuǎn)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(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，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH）與反應溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應熱△H₃＜0（填“＞”？“＜”或“=”），該反應的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$？

②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2所示，試回答：
0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應速率為0.225mol/（L•min）？第10min后，若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達到平衡時CH₃OH（g）的體積分數(shù)變大 （填“變大”？“減少”或“不變”）？
（3）脫硫？
①有學者想利用如圖3所示裝置用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．A？B是惰性電極，A極的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；．
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，向一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO₃^-和NH₄⁺的物質(zhì)的量濃度相等，則溶液的pH=7（填寫“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$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(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
②先根據(jù)圖表，利用v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應速率之比等于計量數(shù)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；
（3）①SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)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硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液溶液的pH=7，則氫離子和氫氧根離子濃度相等，根據(jù)電荷守恒來計算．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/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(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則化學平衡常數(shù)為K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：＜；$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
②由圖可知，10min時，反應已經(jīng)達平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），反應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），第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CH₃OH（g）的體積分數(shù)增大，
故答案為：0.225；變大；
（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：SO₂-2e^-+2 H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②常溫下，向一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO₃^-和NH₄⁺的物質(zhì)的量濃度相等，溶液中電荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），溶液的pH=7，
故答案為：=．

點評 本題考查較為全面，涉及熱化學方程式的計算、化學平衡常數(shù)表達式的書寫、電化學知識等知識，為高考高頻考點，掌握反應熱計算的方法、電化學原理尤為重要，題目難度中等．