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(yán)重影響。對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝脫硫和脫碳等處理，可實(shí)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

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(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(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)熱△H3_____0(填“>”“<”或“=”)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為_______________。

②在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，進(jìn)行上述反應(yīng)。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)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)。第10 min后，若向該容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH3OH(g)的體積分?jǐn)?shù)____________ (填“增大”“減小”或“不變”，下同)，反應(yīng)的平衡常數(shù)_____________________。

(3)脫硫。

①有學(xué)者想利用如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料。AB是惰性電極，A極的電極反應(yīng)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(yīng)，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(zhì)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(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；

（2）①由圖可知，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；

②先根據(jù)圖表，利用v=計(jì)算v(CO2)，再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，確定v(H2)；到達(dá)平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響；

（3）①SO2與O2反應(yīng)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(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；

②硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，由于NH4+水解，因銨鹽要發(fā)生水NH4++H2ONH3H2O+H+，導(dǎo)致溶液中c(NH4+)<c(NO3)，根據(jù)加入的物質(zhì)對銨根離子水解平衡的影響進(jìn)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(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)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，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則化學(xué)平衡常數(shù)為K=，

故答案為：<；；

②由圖可知，10min時(shí)，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡，△c(CO2)=1.00mol/L0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v(CO2)==0.075mol/(Lmin)，反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)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(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動，CH3OH(g)的體積分?jǐn)?shù)增大，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，故化學(xué)平衡常數(shù)不變，

故答案為：0.225；變大；不變；

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

故答案為：SO22e+2H2O=4H++SO42；

②硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，由于NH4+水解，因銨鹽要發(fā)生水NH4++H2ONH3H2O+H+，導(dǎo)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(dǎo)致硝酸根離子的濃度增大，c(NH4+)<c(NO3)，故A錯(cuò)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(cuò)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(cuò)誤；

故答案選B。