Question

【题目】火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境问题。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

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。

（2）脱碳。将CO2转化为甲醇：CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）。

在体积为1L的固定容积的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH（g）浓度随时间变化如右图所示。试回答：

①0—10 min内，氢气的平均反应速率为___________mol/（L·min）。

②下列选项能说明该反应已达到平衡状态的是 。

A．v（H2）=3v（CO2）

B．容器内气体密度不变

C．单位时间内，形成2molC=O，同时断裂3molH—H

D．容器内温度不变

（3）脱硫。有学者想利用如下图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料，A、B是惰性电极。则电子流出的电极为____（用A或B表示），A极的电极反应式为_ ___。

Answer 1

【答案】（1）CH4（g）＋2NO2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）＋N2（g） ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）① 0．225；②C、D；（3）①A ；SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+；

【解析】

试题分析：（1）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＝－1160 kJ/mol ②

根据盖斯定律，①+②可得甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为：2CH4（g）＋4NO2（g）＝2CO2（g）＋4H2O（g）＋2N2（g） ΔH＝－1734 kJ/mol，所以甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为：CH4（g）＋2NO2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）＋N2（g） ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）①由CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化图线可知：

故0～10 min内，氢气的平均反应速率为；

②A．v（H2）=3v（CO2）不能说明正逆反应速率相等，则不一定达到平衡状态，A错误；B．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此容器内气体密度不变不能说明反应达到平衡状态，B错误；C．单位时间内，形成2molC=O，同时断裂3molH—H，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，C正确；D．容器内温度不变说明热量不再发生变化，因此反应达到平衡状态，D正确，答案选CD。

（3）①A、B是惰性电极，A极上SO2失去电子，发生氧化反应生成SO42-，B极上O2得到电子并与H+结合生成水，因此电子流出的是A极，电子流入的是B极；A极的电极反应式为：SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+。