Question

【题目】火力发电厂释放出大量氮的氧化物（NOx）、二氧化硫等气体会造成环境污染，对燃煤废气进行脱除处理。可实现绿色环保、低碳减排、废物利用等目的。

（1）己知：N2 (g) +O2 (g) =2NO (g) △H=+180.5kJ·mol-1

C (s) +O2 (g)＝CO2 (g) △H=-393.5 kJ·mol-1

2C (s) +O2(g) =2CO (g)△H=-221 kJ·mol-1

若某反应的平衡常数表达式为： ，请写出此反应的热化学方程式_________。

（2）脱硝

利用甲烷与NO2反应，生成无污染的物质，则该反应的化学方程式为：___________。

（3）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（见如图1），则上述CO2转化为甲醇反应的△H3_____0（填“＞”、“＜”或“=”）。

②在一恒温恒容密闭容器中充入0.5molCO2和1.5molH2，进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如上图2所示．请回答：第10min后，若升温，该反应的平衡常数将_____（填“变大”、“变小”、“不变”）；若向该容器中再充入1molCO2和3molH2再次达到平衡时，则CH3OH（g）的体积分数将___（“变大”、“变小”、“不变”）。

（4）脱硫

某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、潮湿的空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1:1，则该反应的化学方程式为__________。若在0.1mol/L的硝酸铵溶液中加入等体积的0.09mol/L氨水，配制了pH=8.2的溶液，则该溶液中微粒浓度由大到小的顺序为______________。

Answer 1

【答案】 2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△H=-746.5kJ/mol CH4 + 2NO2 = N2 + CO2 + 2H2O ＜ 变小 变大 12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3 c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O）> c（OH﹣）>c（H+）

【解析】（1）因为反应的平衡常数为，所以反应方程式为2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）。将第二个方程式扩大2倍，减去第一个方程式，再减去第三个方程式皆可以得到上面的反应，该反应的△H=2×(-393.5)－180.5－(-221)=-756.5 kJ/mol，所以热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）△ H=-746.5kJ/mol。

（2）甲烷与NO2反应，生成无污染的物质，一定是得到CO2、N2和H2O，根据化合价升降相等和原子个数守恒得到方程式为：CH4 + 2NO2 = N2 + CO2 + 2H2O。

（3）①该图像是发生上述反应，反应相同时间后，再测体系中甲醇的体积分数，即不一定是平衡状态的体积分数。当温度比较低的时候，反应速率比较慢，则这个时间点上还没有达平衡，那么反应的速率越快，反应的量越多，甲醇的体积分数越大；当温度较高的时候，反应速率比较快，则这个时间点上应该已经达到平衡态，那么随着温度变化对平衡产生影响，甲醇的体积分数也会变化。根据以上理论，图像中右半边温度较高的区域是平衡移动导致甲醇的体积变化，温度升高肌醇体积分数降低，说明升温平衡逆向移动，正反应放热，即△H3＜0。

②该反应放热，升高温度平衡常数减小。恒容，原来加入0.5molCO2和1.5molH2，再充入1molCO2和3molH2，就是同时同比例增大所有反应物的浓度，甲醇体积分数的变化相当于不加入物质，直接增大压强，增大压强平衡向正反应方向移动，甲醇的体积分数增大。

（4）根据题目表述反应物为氨气、二氧化硫、一氧化氮、水，生成物一定有硫酸铵和硝酸铵，所以得到部分反应方程式：NH3+O2+SO2+NO2+H2O→(NH4)2SO4+NH4NO3，因为烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1:1，所以将两者视为一个整体，化合价升高3价（S升高2价，N升高1价），O2降低4价，所以O2的系数为3，SO2、NO2的系数都是4。最后根据原子个数守恒配平即得：12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3。若在0.1mol/L的硝酸铵溶液中加入等体积的0.09mol/L氨水，则溶液中硝酸铵的浓度为0.05mol/L，一水合氨的浓度为0.045mol/L，即开始时可以认为：c（NH4+）＝ c（NO3﹣）＝0.05mol/L， c（NH3H2O）=0.045mol/L。溶液的pH=8.2，说明一水合氨的电离占主导地位。一水合氨电离为铵根离子，所以c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O），明显溶液中一水合氨的电离程度较小，氢氧根的浓度应该远小于一水合氨的浓度，溶液显碱性有：c（OH﹣）>c（H+），所以有：c（NH4+）> c（NO3﹣）> c（NH3H2O）> c（OH﹣）>c（H+）。