Question

15．火力發(fā)電廠釋放出大量氮的氧化物（NO_x）、二氧化硫等氣體會造成環(huán)境污染，對燃煤廢氣進行脫除處理．可實現(xiàn)綠色環(huán)保、低碳減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．
（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（見如圖1），則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入0.5molCO₂和1.5molH₂，進行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．請回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率0.225mol/（L•min）；第10min后，若升溫，該反應(yīng)的平衡常數(shù)將減�。ㄌ睢白兇蟆�、“減小”、“不變”）；若向該容器中再充入1molCO₂和3molH₂再次達到平衡時，則CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)將變大（“變大”、“減小”、“不變”）．
（3）脫硫．
某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)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作為副產(chǎn)品化肥．設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4SO₂+4NO₂+12NH₃+3O₂+6H₂O═4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃．若在0.1mol/L的硝酸銨溶液中加入等體積的0.09mol/L氨水，配制了pH=8.2的溶液，則該溶液中微粒濃度由小到大的順序為c（H⁺）＜c（OH^-）＜c（NH₃•H₂O）＜c（NO₃^-）＜c（NH₄⁺）
（4）SO₂經(jīng)分離后，可用于制備硫酸，同時獲得電能，裝置如圖3所示（電極均為惰性材料）：
①M極發(fā)生的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
②若使該裝置的電流強度達到2.0A，理論上每分鐘應(yīng)向負極通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為0.014L（已知：1個e-所帶電量為1.6×10^-19C）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個系數(shù)相加或相減得到；
（2）①圖象分析，甲醇含量隨溫度變化的曲線特征，開始反應(yīng)進行，平衡后，升溫平衡逆向進行，根據(jù)溫度對化學(xué)平衡移動的影響知識來回答；
②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計算，0～10min內(nèi)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{1.0mol/L-0.25mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），所以氫氣的反應(yīng)速率是3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），反應(yīng)為放熱反應(yīng)升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，會使得壓強增大；
（3）設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨，結(jié)合電子守恒和原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；若在0.1mol/L的硝酸銨溶液中加入等體積的0.09mol/L氨水，配制了pH=8.2的溶液，溶液中一水合氨電離程度大于銨根離子的水解程度；
（4）①該裝置是原電池，反應(yīng)原理為二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸，負極上的物質(zhì)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上的物質(zhì)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此分析M極發(fā)生的電極反應(yīng)式；
②根據(jù)Q=It和N=$\frac{Q}{e}$結(jié)合SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-計算．

解答 解：（1）因蓋斯定律，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
蓋斯定律計算（①+②）×$\frac{1}{2}$，可得
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根據(jù)圖象分析知道：溫度升高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，所以反應(yīng)是放熱的，即△H＜0，
故答案為：＜；
②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計算，0～10min內(nèi)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{1.0mol/L-0.25mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），所以氫氣的反應(yīng)速率是3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），反應(yīng)為放熱反應(yīng)升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，會使得壓強增大，平衡正向移動，所以再次達到平衡時CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大，
故答案為：0.225mol/（L•min）； 減小；  變大；
 （3）設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨，反應(yīng)方程式為12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃，若在0.1mol/L的硝酸銨溶液中加入等體積的0.09mol/L氨水，配制了pH=8.2的溶液，溶液中一水合氨電離程度大于銨根離子的水解程度，水解和電離程度都不大，溶液中離子濃度大小由小到大的順序：c（H⁺）＜c（OH^-）＜c（NH₃•H₂O）＜c（NO₃^-）＜c（NH₄⁺），
故答案為：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃；c（H⁺）＜c（OH^-）＜c（NH₃•H₂O）＜c（NO₃^-）＜c（NH₄⁺）；
（4）①該裝置是原電池，反應(yīng)原理為二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸，通入氧氣的N電極是正極，原電池放電時，氫離子由負極移向正極，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負極M上，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸，電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②根據(jù)Q=It=2A×60s=120C，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{120}{1.6×1{0}^{-19}}$=7.5×10²⁰個，
由SO₂～～～～2e^-
22.4         2×6.02×10²³
V               7.5×10²⁰
V=$\frac{22.4×7.5×1{0}^{20}}{2×6.02×1{0}^{23}}$≈0.014L，
故答案為：0.014．

點評 本題綜合性較大，涉及到離子方程式、電解原理和離子濃度大小的比較、化學(xué)平衡影響因素以及電化學(xué)知識等知識點，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，題目難度中等．