Question

（2011?天津模拟）火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．
（1）脱硝．利用甲烷催化还原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
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

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

．
（2）脱碳．将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

①取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH） 与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H₃

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．试回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为

0.225

mol/（L?min）；该温度下，反应的平衡常数的值为

16

3

；第10min后，向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，则再次达到平衡时CH₃OH（g）的体积分数

变大

（填变大、减少、不变）．
（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因用离子方程式表示为

NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺

；在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）

＜

c（NO₃^-）+c（OH^-）（填写“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律和热化学方程式的意义和书写方法来回答；
（2）①根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答；
②根据化学反应速率v=

△c

△t

以及平衡常数的计算方法：三段式来计算，并根据压强对化学平衡移动的影响知识来回答；
（3）溶液中铵根离子水解显示酸性，硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液溶液的pH=7，则氢离子和氢氧根离子浓度相等，根据电荷守恒来计算．

解答：解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
则CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

1

2

（-574kJ?mol^-1-1160kJ?mol^-1）=-867 kJ/mol
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①根据图是内容知道：温度升高，甲醇的体积分数φ（CH₃OH）减小，平衡逆向移动，所以反应是放热的，即△H＜0，故答案为：＜；
 ②0～10min内，二氧化碳的平均反应速率=

1.0mol/L-0.25mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），所以氢气的反应速率是3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
         CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始浓度：1       3          0         0
变化浓度：0.75     2.25     0.75      0.75
平衡浓度：0.25     0.75     0.75       0.75
所以平衡常数K=

0.752

0.25×0.753

=

16

3

向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，会使得压强增大，平衡正向移动，所以则再次达到平衡时CH₃OH（g）的体积分数变大，故答案为：0.225；

16

3

；变大；
（3）硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因是溶液中铵根离子水解显示酸性，即NH₄⁺+H₂O═NH₃?H₂O+H⁺，硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），故答案为：＜．

点评：本题涉及化学反应中的能量变化以及化学平衡知识的综合计算知识，属于综合知识的考查，难度大．