Question

17．火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）？二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響？對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝？脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保？節(jié)能減排？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則甲烷直接將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=-867 kJ/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取五份等體積的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(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)熱△H₃＜0（填“＞”？“＜”或“=”），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$？

②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)？測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示，試回答：
0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.225mol/（L•min）？第10min后，若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大 （填“變大”？“減少”或“不變”）？
（3）脫硫？
①有學(xué)者想利用如圖3所示裝置用原電池原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料．A？B是惰性電極，A極的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；．
②某種脫硫工藝中將廢氣處理后，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，可作為化肥？常溫下，向一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO₃^-和NH₄⁺的物質(zhì)的量濃度相等，則溶液的pH=7（填寫“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$得到；
（2）①由圖可知，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
②先根據(jù)圖表，利用v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，確定v（H₂）；到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）①SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；
②硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液溶液的pH=7，則氫離子和氫氧根離子濃度相等，根據(jù)電荷守恒來計(jì)算．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
由蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：＜；$\frac{C（C{H}_{3}OH）×C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
②由圖可知，10min時(shí)，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)增大，
故答案為：0.225；變大；
（3）①該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，所以負(fù)極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，則A為負(fù)極，A電極發(fā)生的反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2 H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②常溫下，向一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的氨水溶液，使溶液中的NO₃^-和NH₄⁺的物質(zhì)的量濃度相等，溶液中電荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），溶液的pH=7，
故答案為：=．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為全面，涉及熱化學(xué)方程式的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫、電化學(xué)知識(shí)等知識(shí)，為高考高頻考點(diǎn)，掌握反應(yīng)熱計(jì)算的方法、電化學(xué)原理尤為重要，題目難度中等．