Question

【题目】火力发电厂释放出大量氮氧化合物（NOx）、SO2和CO2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

CH4(g）＋ 4NO(g）＝2N2(g）＋ CO2(g）＋ 2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol

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） △H3

①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答：0～10 min内，氢气的平均反应速率为___mol/(L·min)；第10 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡________（填“正向”、“逆向”或“不”）移动。

②如图2，25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源来电解300mL 某NaCl溶液，正极反应式为______。在电解一段时间后，NaCl溶液的pH值变为13（假设NaCl溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为_____mol。

③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3所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3____0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）脱硫。燃煤废气经脱硝、脱碳后，与一定量氨气、空气反应，生成硫酸铵。硫酸铵水溶液呈酸性的原因是______(用离子方程式表示)；室温时，向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na＋）_____c(NH3·H2O)。（填“＞”、“＜”或“＝”）

Answer 1

【答案】CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝-867 kJ/mol 0.225 正向 O2 + 4e－+ 4H+＝2H2O 0.005 ＜ NH4++H2ONH3·H2O+H+ ＝

【解析】

（1）已知：① CH4(g）＋ 4NO2(g）＝4NO(g）＋ CO2(g）＋ 2H2O(g） △H1＝－574 kJ/mol，② CH4(g）＋ 4NO(g）＝2N2(g）＋ CO2(g）＋ 2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②相加除以2即得所求方程式，所以甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4（g）+2NO2（g）＝2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H＝-867 kJ/mol。

（2）①由图1知甲醇的浓度在10min内增加0.75mol/L，所以氢气浓度减少3×0.75mol/L，0～10 min内，氢气的平均反应速率为3×0.75mol/L/10min="0.225" mol/(L·min)；向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，反应物浓度增大，平衡正向移动；

②正极发生还原反应，氧气得电子结合氢离子成为水，电极反应式为O2 + 4e－+ 4H+＝2H2O；NaCl溶液的pH值变为13，说明c（NaOH）=0.1mol/L,其物质的量为0.03mol，说明生成氯气0.015mol，转移电子0.03mol，根据得失电子守恒，每消耗1mol甲醇的物质的量是0.005mol；

③图3的最高点意味着达平衡时甲醇的体积分数，随温度升高，甲醇体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，所以正向为放热反应，△H3＜0；

（3）硫酸铵水溶液呈酸性的原因是铵根离子水解使溶液显酸性，离子方程式为NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+；室温时，向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性，则有c(OH-)＝c(H＋)，根据电荷守恒，c(Na+)+c(H＋)+c(NH4+)＝c(OH-)+2c(SO42-)，所以c(Na+)+c(NH4+)＝2c(SO42-)，再根据物料守恒得2c(SO42-)＝c(NH4+)+c(NH3·H2O)，两式结合可得c(Na+)＝c(NH3·H2O)。